Er besuchte die Universitäten in Melbourne Oxford . An letzterer untersuchte er gemeinsam mit britischen Physiologen Sherrington wie Signale zwischen zwei über den synaptischen Spalt übertragen werden und in diesem Zusammenhang die Bedeutung der Ionenströme. 1937 bis 1966 arbeitete und lehrte Eccles Australien und Neuseeland . Danach forschte er am American Medical Association Institute for Biomedical Research in Chicago wo man biomedizinische Untersuchungen durchführt. Im 1968 wurde Eccles Fakultätsmitglied am College der State University of New York in Buffalo . Aufgrund seiner Erkenntnisse über chemische Details an gehirnphysiologischen Prozessen beteiligt sind wurde ihm gemeinsam mit den britischen Biophysikern Alan Lloyd und Andrew Fielding Huxley der Nobelpreis für Medizin verliehen.
Besonders bekannt wurde die 1977 erschienene Schrift "Das Ich und sein (The self and its brain) die Eccles mit Karl Popper verfasste.