Работы Гексли посвящены зоологии и антропологии. Он разработал основы классификации позвоночных, развил положение о единстве строения их черепа. Доказал морфологическую близость птиц и пресмыкающихся, медуз и полипов. В 1859, после того как Дарвин опубликовал свой труд Происхождение видов, Гексли сразу же стал главным защитником его теории, участвуя в течение многих лет в публичных дискуссиях по этому вопросу. В 1860 принимал участие в известном споре с епископом Оксфордским С.Уилберфорсом. В 1863 в своей книге О положении человека в ряду органических существ (Evidence as to Man's Place in Nature) Гексли открыто заявил о морфологической близости человека и высших обезьян.
Родился 4 мая 1825 в Илинге близ Лондона. Окончил медицинскую школу при больнице Чаринг-Кросс. Начал карьеру натуралиста на борту военного судна, участвуя в качестве помощника врача в четырехлетней экспедиции фрегата «Раттлснейк», крейсировавшего вблизи Австралии. Изучал морские организмы, которые добывал с помощью проволочной корзины для хранения продуктов, и посылал в Англию результаты своих изысканий. Его блестящие статьи произвели такое впечатление на научный мир, что в 1850, вскоре после возвращения в Англию, Гексли был избран членом Лондонского королевского общества. В 1854 получил место палеонтолога в Музее практической геологии. Одновременно читал лекции по естествознанию в Королевской горной школе в Лондоне.
Гексли состоял членом правления Итона, был ректором Абердинского университета, членом правления Лондонского университета, профессором Королевского хирургического колледжа, членом правления Оуэнз-колледжа (позднее Манчестерского университета), профессором Британского института, членом правления Международного колледжа, деканом Британского научного колледжа.
Умер Гексли в Истборне (графство Сассекс) 29 июня 1895.