Estudià medicina a Barcelona, on es llicencià el 1873. Es dedicà també a la pintura, a Tortosa, on fou condeixeble de Francesc Gimeno, amb el qual anà sovint a pintar paisatges. Interessat per la bacteriologia, la coneixença amb l’astrònom Josep Joaquim Landerer vers el 1880, que el familiaritzà amb els aparells òptics, tingué una gran importància en el seu decantament per aquest camp. Feu investigacions sobre les malalties epizoòtiques i el 1884 fou comissionat per l’Ajuntament de Barcelona per a estudiar l’epidèmia de còleraBacillus virgula del còlera, fet per Robert Koch el 1883, i els mètodes de vacunació de Louis Pasteur, assolí, amb la col·laboració del químic, enginyer i metge Innocent Paulí, que es convertiria en un estret col·laborador seu al llarg de la major part de la seva vida, una vacuna contra el còlera en el moment en què se n’estenia la darrera gran epidèmia (1885).
El doctor Amali Gimeno, aleshores a la Facultat de Medicina de València, persuadit de la importància del descobriment, invità Ferran a visitar el País Valencià, on hom començà d’aplicar la vacuna. Però l’oposició acarnissada d’una part de la classe mèdica aconseguí influir el ministre de la Governació, Romero Robledo, perquè aturés les vacunacions, que també foren posades en dubte per una comissió francesa que visità València i per Santiago Ramón y Cajal. La utilitat de la vacuna, però, fou reconeguda a la fi, i l’Académie des Sciences de París li concedí el premi Bréant (1907).
El 1886 fou nomenat director del Laboratori Microbiològic Municipal de Barcelona, que organitzà ajudat per Paulí, on creà una vacuna antitífica (1887) i una vacuna antiràbica que seguia l’anomenat mètode supraintensiu de vacunació, consistent en la inoculació d’una gran quantitat de virus actiu per tal de provocar una reacció defensiva intensa de l’organisme. El 1899 anà a Porto (Portugal) a estudiar un brot de pesta bubònica. Tot i ser destituït del Laboratori de Microbiologia Municipal (1905), el reconeixement internacional d’alguns dels seus mèrits —especialment la profilaxi del còlera entre les tropes combatents, a la Primera Guerra Mundial—, l’animà a la investigació, i el 1919 assolí la vacuna antialfa contra la tuberculosi. El 1905 creà una empresa farmacèutica (Laboratori Dr. Ferran) en uns terrenys que havia adquirit al barri de la Sagrera de Barcelona, negoci continuat pel seu fill Jaume Ferran i Domingo
Deixà un gran nombre de publicacions científiques, com Etiología del paludismo (1883), La inoculación preventiva contra el cólera morbo (1886), en col·laboració amb I. Paulí i A. Gimeno, Estudios de la rabia y su profilaxis (1889), Memoria sobre el parasitismo bacteriano (1894, premi de la Reial Acadèmia de Medicina i Cirurgia de Madrid), Nueva bacteriología de la tuberculosis... (1910), À propos du microbe de la rage (1911), Vacuna contra la tuberculosis (1917), La unidad etiológica de la gripe y vacuna de esta enfermedad (1917), Las paradojas científicas de la tuberculosis (1920), traduïda a l’anglès i al francès, etc.
Mostrà des de molt jove un gran interès per la fotografia, tècnica en la qual l’inicià Innocent Paulí, i que emprà amb notables resultats en la seva professió amb fotomicrografies mèdiques de gran originalitat. El 1879 publicà amb Paulí La instantaneidad en fotografía, que exposava un mètode per a accelerar la velocitat de les emulsions fotogràfiques que contribuí al desenvolupament de la fotografia. La casa alemanya Jung adoptà la patent de Ferran-Paulí per a preparar emulsions fotogràfiques, si bé fou finalment explotada comercialment per Eastman-Kodak després d’un plet. El 1998 s’exposaren les seves fotografies al Museu de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya a Terrassa. Amb Paulí escriví també treballs sobre electrotècnia i el 1878 feren un assaig de transmissió telefònica entre Tarragona i Tortosa.