Роден е на 1 август1867 г. в Лондон, Англия, като четвърто дете в семейството на шотландски лекар. Прекарва детството си в Лондон, като до 12-годишна възраст се възпитава и обучава вкъщи от частни учители. От 1879 до 1885 г. учи и завършва средното си образование в училище в Норфолк. От 1885 до 1887 г. продължава обучението си в медицинско училище (колеж). През лятото на 1887 г. се премества в Единбург, където се записва и изкарва шестседмични курсове по природни науки, след което започва научна дейност в медицинското училище към Единбургския университет. В същото време посещава и научните лаборатории в университета, където по това време се анализират и систематизират материалите от океанографската експедиция на кораба „Чалънджър“.
Изследователска дейност (1892 – 1917)
„Скотия“, пуснал котва до о. Лори (1903).
През 1892 – 1893 г. се включва в екипажа на китоловна флотилия и извършва океанографски изследвания в северозападната част на море Уедъл. Той първи измерва температурата на водата на различна дълбочина със специален дълбоководен обръщащ се термометър.
В средата на януари 1903 г. на остров Лори от Южните Оркнейски о-ви е построена хидрометеорологична станция, която през следващата година е предадена на Аржентина. Тази станция оттогава действа непрекъснато и има най-дългия период от наблюдения в Антарктика.
От островите „Скотия“ се насочва на юг и през февруари 1903 г. достига до 70°25′ ю. ш.17°12′ з. д. / 70.416667° ю. ш.17.2° з. д.-70.416667, -17.2, където корабът е спрян от непроходими ледове. През следващата година щастието се усмихва на шотландците. Ледовете в море Уедъл са много по-малко и корабът прониква далеч на юг. На 3 март 1904 г., на 72°25′ ю. ш.17°27′ з. д. / 72.416667° ю. ш.17.45° з. д.-72.416667, -17.45, участниците в експедицията виждат гигантска ледена бариера, покрай която „Скотия“ плава на юг до 74º 01` ю.ш. Леденият бряг, простиращ се зад бариерата на юг, е наименуван Земя Котс, в чест на братята Джеймс и Андре Котс, оказали финансова помощ на Брус. Забележителното за тази експедиция е, че по време на плаването се заснема първият документален филм в света – в конкретния случай за Антарктида.
През 1915 – 1916 г. извършва океанографски изследвания (отново на китоловен кораб) около Шпицберген, а през 1917 – около Сейшелските о-ви.
