Fou professor de filosofia natural a Glasgow i de lògica a Aberdeen. Contribuí a la fundació de la revista Mind (1876). Aplicà les descobertes de la fisiologia i de la patologia a renovar l’associacionisme de John Stuart Mill, mirant de donar-li una base científica. Segons Bain, la psicologia associacionista és la base de la majoria de les disciplines filosòfiques. Escriví The Senses and the Intellect (1855), The Emotions and the Will (1859), Logic, Deductive and Inductive (1870) i Education as a Science (1879).