Autodidacte, el 1798 ingressà a la Medical Pneumatic Institution de Bristol, on estudià la possible acció terapèutica de diversos gasos i dels òxids i els àcids del nitrogen. El 1800, Rumford el feu entrar com a professor ajudant de química a la Royal Institution of Great Britain de Londres; el 1803 fou nomenat membre de la Royal Society, de la qual fou president (1820-27).
Arran de l’invent de la pila d’A. Volta, Davy s’interessà per l’acció química del corrent elèctric. El 1807 aconseguí d’aïllar el sodi i el potassi per electròlisi de l’hidròxid de sodi i l’hidròxid de potassi fosos; seguint el mateix procés descompongué minerals alcalinoterris i aïllà el bari, el calci, l’estronci i el magnesi; obtingué el bor escalfant bòrax amb potassi; fixà la relació real entre el clor i l’hidrogen en el clorur d’hidrogen, i descobrí l’acció blanquejant del primer. L’any 1811 descobrí el fenomen de l’arc elèctric, i el 1817, amb Faraday, les propietats característiques del platí. Ideà una làmpada de seguretat per a evitar les explosions de grisú a les mines (làmpada de Davy). Amb Volta i Faraday és considerat el fundador de l’electroquímica.
Una gran part dels seus treballs és recollida a Elements of Chemical Philosophy. Escriví també Salmonia i Consolations in Travel, or the last Days of a Philosopher.