Desenvolupà la seva tasca en el camp de l’epidemiologia, la fisiologia i la nutrició. Es llicencià en ciències econòmiques i polítiques a la Universitat de Califòrnia (Berkeley), on també es doctorà en biologia oceanogràfica. El 1938 obtingué el doctorat en fisiologia a Cambridge i esdevingué professor de la Universitat de Minnesota. Durant la Segona Guerra Mundial estudià el cos humà durant estats de carències nutricionals, i desenvolupà dietes de subsistència ( K-ration ), àmpliament utilitzades per les tropes nord-americanes. Els anys 1950, Keys i els seus col·laboradors observaren que als països mediterranis hi havia una menor incidència de malalties cardiovasculars que als països del nord d’Europa i del continent americà, i relacionaren aquest fet amb l’alimentació. Això donà lloc al conegut Estudi dels Set Països, que se centrava en el paper dels greixos, la seva proporció respecte a l’energia total de la dieta i la proporció d’àcids grassos saturats i poliinsaturats. Després de 15 anys de seguiment, en l’anàlisi i discussió de l’estudi s’observà que existia una relació inversa entre la taxa de mortalitat i el consum d’àcids grassos monoinsaturats i els nivells de colesterol sèric. Aquest estudi ha servit als nutricionistes americans per a fer propostes i canviar la seva alimentació clàssica per l’esquema mediterrani, amb l’objectiu epidemiològic de disminuir el risc cardiovascular.