Nació el 24 de julio de 1874, en Aberdeen, Escocia, hijo del pastor bautista Clarence Chambers. La familia se mudó aún en su infancia, pasando por Stoke-on-Trent y por Perth, Escocia, hasta establecerse en Londres en 1889.
Estudió arte en Londres, en la Royal College of Art, y luego ingresó en la Universidad de Edimburgo, donde cursaba bellas artes y arqueología. Fue allí donde sintió el llamado al ministerio y dejó los estudios seculares para enseñar en el Dunoon College, en Escocia, a partir de 1897.
Los primeros años en Dunoon estuvieron marcados por una profunda crisis espiritual. Chambers relató más tarde haber vivido cuatro años de intenso sufrimiento interior, luchando contra el orgullo y un sentido abrumador del propio pecado, al punto de decir que solo la gracia de Dios y la bondad de sus amigos lo mantuvieron lejos de un colapso. El punto de inflexión llegó en 1901, cuando encontró en Lucas 11:13 la certeza de que el Padre concede el Espíritu Santo a quien lo pide, experiencia que describió como una emancipación radiante e indescriptible.
Entre 1906 y 1910 llevó a cabo un ministerio itinerante de enseñanza bíblica por el Reino Unido, los Estados Unidos y Japón. En 1908, en un viaje en barco hacia América, se acercó a Gertrude Hobbs, llamada Biddy, con quien se casó el 24 de mayo de 1910.
En 1911 fundó y pasó a dirigir el Bible Training College, en Clapham, Londres, donde formó obreros de diferentes tradiciones cristianas. Biddy se convirtió en superintendente del colegio y, a lo largo de los años siguientes, registró en taquigrafía prácticamente todo lo que su esposo enseñaba, un hábito que resultaría decisivo tras su muerte. El matrimonio tuvo una hija, Kathleen.
La Primera Guerra Mundial llevó al cierre del colegio en 1915. En octubre de aquel año, Chambers embarcó hacia Egipto como capellán de la YMCA, sirviendo a soldados australianos y neozelandeses acampados en Zeitoun, cerca de El Cairo. Biddy y Kathleen se unieron a él en diciembre.
En octubre de 1917 Chambers fue afectado por una apendicitis, pero pospuso ir al hospital, temiendo ocupar una cama que pudiera ser necesaria para soldados heridos en la Batalla de Gaza, entonces inminente. Solo el 29 de octubre se sometió a una cirugía de emergencia. Sobrevinieron después complicaciones pulmonares, y murió el 15 de noviembre de 1917, a los 43 años, en Zeitoun. Fue sepultado en El Cairo con honores militares.
Tras la muerte de su esposo, Biddy dedicó el resto de su vida a organizar y publicar lo que había registrado en taquigrafía, en total cerca de treinta libros. El más conocido, En pos de lo supremo, reúne 365 meditaciones diarias y fue publicado en el Reino Unido en 1927. Se convirtió en uno de los devocionales más leídos de la historia del cristianismo, y los biógrafos reconocen que su difusión se debe tanto a la enseñanza de Chambers como al silencioso trabajo editorial de su esposa.