La famille Hale habite Chicago mais, dès la très jeune enfance de George Hale, elle déménage dans la banlieue de Hyde Park, avant le terrible incendie de 1871. Le père possède une entreprise d'élévateurs hydrauliques et c'est dans les usines de son père que le jeune Georges Hale acquiert une habilité technique qui lui servira toute sa vie.
Sa mère lui communique son amour pour la littérature et la poésie. Hale considérera ce goût de la littérature comme essentielle au développement de son imagination créatrice scientifique.
George Ellery Hale est pénalisé par une santé fragile.
À trois reprises, il devra abandonner son travail pour de longues périodes de récupération dans des sanatoriums.
Inscrit en 1886 au MIT (Massachusett Institute of Technology), il y trouve les cours abrutissants mais il travaille aussi au Harvard College Observatory en tant qu'assistant bénévole.
En 1889, Hale met au point le spectrohéliographe, appareil spectroscopique à balayage permettant d'obtenir une image complète du soleil dans une seule raie spectrale.
En 1890, il obtient un doctorat du Massachusett Institute of Technology. La même année, il épouse Evelina Conklin.
Il poursuit un ambitieux programme d'observation solaire et il est le premier à observer des champs magnétiques dans les taches solaires. Il découvre le cycle d'inversion de 22-23 ans, des polarités magnétiques. C'est un pionnier de l'astrophysique d'observation.
En 1891, il fonde le journal Astronomy and Astrophysics, qui deviendra le prestigieux Astrophysical Journal. Après un séjour à Berlin, en 1893, où il rencontre entre autres Helmholtz, Planck et Rubens, il revient à Chicago et organise l'observatoire Kenwood.
La même année, il organise un congrès international d'astronomie en relation avec la Colombian Exposition.
C'est avec son argent personnel et un capital emprunté que Hale entreprend de construire un observatoire sur le mont Wilson, à l'est de Los Angeles.
C'est ainsi qu'il suscite l'intérêt d'hommes d'affaires richissimes, comme Andrew Carnegie, et obtient des fonds pour construire l'Observatoire du mont Wilson, en 1904. Il équipe cet observatoire des télescopes de 1,5 mètre en 1906, et de 2,5 mètres en 1917.
Après sa retraite comme directeur du Mont Wilson, il construit le Hale Solar Laboratoire Pasadena, en Californie
En 1928, la Rockfeller Foundation accorde des fonds de 6 000 000 de dollars au California Institute of Technology, pour la construction d'un télescope géant de 5 mètres d'ouverture que George Ellery Hale ne verra malheureusement pas.
George hale a souffert toute sa vie de problèmes neurologiques et psychologiques. Schizophrène, il prétend avoir été conseillé dans son travail, par un elfe.
Il meurt à Pasadena, le 21 février 1938.