Dans les années 1980, Manchester rayonne par son activité musicale, notamment grâce à des groupes comme New Order et aux premières raves rythmées par l'acid house. Une bonne raison pour Ed Simons (né le 9 juin 1970 près de Londres) et Tom Rowlands (né le 11 janvier 1971 dans le Surrey), qui fait alors parti du groupe Ariel (DeConstruction), de venir étudier l'histoire médiévale dans la cité du nord de l'Angleterre. Ces deux fans de rock, de rap et de house se rencontrent en 1989 à force de côtoyer la même université et le même club : la fameuse Haçienda.
En 1992, ils commencent à mixer ensemble dans des pubs, tel le Naked Under Leather, et se font une réputation en mélangeant leurs différents styles de prédilection. En octobre, le duo édite son premier titre, « Song to the Siren » (avec un sample de This Mortal Coil), sous le pseudo Dust Brothers, hommage aux producteurs de hip-hop américains du même nom. Pressé à 500 exemplaires, le vinyle est fréquemment joué par le DJ Andrew Weatherall qui signe les auteurs sur son label Junior Boy's Own.
Le duo se fait doucement un nom avec quelques remixes pour Lionrock, Leftfield et Republica, et deux maxis : Fourteenth Century Sky, qui contient « Chemical Beats », inclus à la bande son du jeu Wipeout, et My Mercury Mouth. En octobre 1994, les Dust Brothers déménagent à Londres où ils disposent d'une résidence au club Heavenly Social. Ils y font la connaissance de Noel Gallagher (Oasis) et Tricky, ainsi que d'autres musiciens qu'ils ne tardent pas à remixer : Manic Street Preachers, The Charlatans, Primal Scream (« Jailbird ») et The Prodigy (le fameux « Voodoo People »).
C'est à cette époque que Ed Simons et Tom Rowlands deviennent The Chemical Brothers, les Dust Brothers originaux souhaitant ne plus avoir d'homonymes. Après une première tournée en mars 1995 en soutien de Orbital et Underworld, sort leur premier album, Exit Planet Dust (juin 1995), dans lequel le public retrouve le puissant « Chemical Beats ». Tout ce qui fait leur identité est déjà dans ce disque : les rythmes puissants, les mélodies entraînantes, quelques « gimmicks », et des invités préposés au chant, en l'occurrence Tim Burgess (The Charlatans) et Beth Orton.
Les deux « Frères Chimiques » se ménagent aussi des plages plus « ambient », tout en douceur, dans le style chill out d'après-rave. Dans la foulée de leur album acclamé (n°9 au classement), ils sont signés par Virgin sous leur propre marque Freestyle Dust. Après le Music For The Jilted Generation de The Prodigy sorti l'année précédente, Exit Planet Dust est le second album fondateur du style Big Beat en Angleterre. Cette fusion de rock et de musique électronique agrémentée de lourdes rythmiques va alors gagner le reste du monde, n'en déplaise à Liam Gallagher qui un beau soir d'août renvoie les DJ censés apporter un zeste de nouveauté à un concert d'Oasis. Ou les Stone Roses se rétractant sur l'idée de faire remixer leur « Begging You ».
Après le succès de leur premier album, les Chemical Brothers enchaînent les dates de concert aux platines (Astoria, Bixton Academy) et publient deux albums de divers mixages (Live At The Social en 96 ett Radio 1 Essential Mix en 97) plus un nouveau maxi Loops Of Fury EP. Ils produisent également quelques remixes pour Method Man (« Bring The Pain ») et Dave Clarke (« No One's Driving »). Tom Rowlands collabore également un temps avec The Charlatans. C'est lors de l'édition 1995 du festival de Glastonbury que Noel Gallagher revient vers eux : la connexion donne le tube « Setting Sun », leur premier n°1, en octobre 1996. A l'écoute de celui-ci, nombre d'observateurs croient déceler un sample du morceau « Tomorrow Never Knows » (1966) des Beatles, ce qui sera démenti suite à une plainte des avocats du groupe.
En début d'année suivante, les Chemical Brothers assurent la réussite de son deuxième album, Dig Your Own Hole, grâce au single « Block Rockin' Beats » qui file directement à la première place des classements. Sur ce titre, Beth Orton est de nouveau de la partie, ainsi que Jonathan Donahue (Mercury Rev) sur le dernier titre du disque, « The Private Psychedelic Reel ». Un court instant, les faux-frères remettent le psychédélisme au goût du jour. Une tournée commence aussitôt après en Angleterre, puis se poursuit aux Etats-Unis, où leur premier disque s'est bien vendu. Le duo débute aussi une résidence au club Liquid Rooms, à Tokyo. La boucle est en quelque sorte bouclée lorsque les Dust Brothers acceptent de remixer le morceau « Electrobank », dont le clip est réalisé par Spike Jonze, qui y fait jouer sa compagne d'alors, Sofia Coppola. L'album s'écoule à deux millions d'exemplaires dans le monde et « Block Rockin' Beats » remporte le Grammy award du « meilleur instrumental rock ».
Identique aux années précédentes, l'année 1998 est consacrée à des remixes, les « Chemical » étant très demandés pour « déstructurer » les nouveaux singles des groupes de rock. Cette fois, ce sont Spiritualized et Mercury Rev qui en bénéficient. En septembre, le duo publie également Brothers Gonna Work It Out, un album assemblant certains de leurs titres et samples favoris mélangés à des remixes, précurseur des « mash-up ». Début 1999, le succès du maxi « Hey Boy, Hey Girl » (n°3) annonce le troisième album Surrender paru en juin. Le groupe s'attache à nouveau les services d'invités prestigieux : Noel Gallagher sur « Let Forever Be » (mis en image par Michel Gondry), Bernard Sumner (New Order) et Bobby Gillespie (Primal Scream) sur « Out Of Control », Jonathan Donahue, et la chanteuse de Mazzy Star Hope Sandoval. Ce printemps-là, les deux Anglais transforment les salles de rock en discothèques avec leur show de DJ sur fond de projections, et sont en tête d'affiche du Glastonbury festival. Un an après, ils attireront la plus large audience connue par ce festival.
En 2001, les Chemical Brothers prennent un virage plus electro afin d'évoluer dans leur spécialité, sans renier leurs influences. Cela aboutit à leur album le moins réussi : Come With Us (janvier 2002, n°1). Les deux premiers extraits, « It Began in Afrika » (n°9) et « Star Guitar » (n°8) donnent dans une house impersonnelle et décevante. Leur son rock, avec pour invité Richard Ashcroft (The Verve), est toujours présent mais moins pertinent : ils sont rattrapés par le succès de leur son, désormais adopté comme une référence par d'autres groupes. Fin du fin, ils remixent Fatboy Slim. Simons et Rowlands continuent de tourner aux Etats-Unis (au festival Coachella) car leur succès ne se dément pourtant pas. C'est toutefois l'heure d'un bilan avec la sortie en septembre 2003 de la compilation Singles 93-03, agrémentée des inédits « Get Yourself High » (avec le rappeur canadien k-Os) et « The Golden Path » (avec Wayne Coyne, de The Flaming Lips). Les projets se multiplient entre la parution de nouveaux maxis inédits (un American EP en novembre 2002), un remix de Kylie Minogue (« Slow » ), et leurs titres servant de génériques pour jeux vidéo (Xbox, PSP, PlayStation 2). Entamée en 1996, la série de maxi-vinyles Electronic Battle Weapon, spécialement éditée pour les DJ, suit son cours jusqu'au septième volume en 2004. Cet été, ils font la tournée des festivals, du Royaume-Uni à l'Amérique du sud.
Le retour fracassant des Chemical Brothers sur le devant de la scène a lieu début 2005 avec le titre-coup de poing « Galvanize » (n°3). Les beats puissants des débuts se fondent en un mélange rock-electro-rap sur lequel se pose la voix du rappeur Q-Tip. Inclus dans l'album Push The Button (janvier), « Galvanize » remportera un Grammy Award. Le reste du disque mêle passages énergiques, ballades planantes et invités en vogue (le chanteur de Bloc Party Kele Okereke, The Magic Numbers). En septembre 2006, le duo est invité par la Tate Gallery à participer au projet Tate Tracks, consistant à s'inspirer d'une oeuvre du musée pour composer un titre exclusif destiné à être écouté face à l'oeuvre. Rowland et Simons optent pour une sculpture de Jacob Epstein, et délivrent leur réalisation, « The Rock Drill ».
Le sixième album des Chemical Brothers, We Are The Night (juillet 2007) atteint sans surprise la tête des ventes lors de sa sortie. Il sert la même formule, avec pour invités les Klaxons, Midlake, Ali Love et Willy Mason. Le titre « Burst Generator » provient du maxi Electronic Battle Weapon 8, inauguré avec le volume 9 dans l'émission de Peter Tong à la BBC Radio 1. Leur musique tend alors à se rapprocher de ces expérimentations plus minimalistes.
Pour juillet 2008 est attendue leur première musique de film, Ecstasy, inspiré du roman d'Irvine Welsh. Même s'ils n'ont plus autant d'impact qu'à leurs débuts sur la musique électronique, The Chemical Brothers sont toujours aussi respectés et productifs. Depuis « Chemical Beats » en 1993, nombre de leurs morceaux ont été choisis pour figurer dans des jeux vidéo. Leurs concerts sur toute la planète attirent invariablement les foules venues voir la débauche de matériel déployé sur scène ainsi que des visuels soignés et variés. Le groupe y revisite ses propres morceaux, les mélangeant afin de créer des versions nouvelles appelant à la danse et la transe d'un public qui dépasse largement les frontières des amateurs de techno.
En juin 2010, quand sort le septième album Further, le duo bénéficie toujours d'un grand respect. Présenté comme un album conceptuel dont l'ambiance des huit titres correspond à huit petits films réalisés par leur équipe visuelle Adam Smith et Marcus Lyall, Further est précédé du single « Swoon ». Le groupe enchaîne sur une tournée comprenant de grands festivals comme le Sonar à Barcelone ou le Fuji Rock au Japon. C'est de ce dernier show qu'est tiré le film Don't Think, sorti sous forme de CD et DVD en mars 2012. En 2015, après des contributions cinématographiques (la bande originale du film Hanna en 2010 puis un titre sur celle de Hunger Games, la révolte en 2012), Ed Simons et Tom Rowlands reprennent du service pour l'album Born in the Echoes, dont la liste d'invités comprend Q-Tip (pour l'extrait « Go »), Beck, St. Vincent, Ali Love et Cate Le Bon. C'est le sixième album du duo à se classer n°1 au Royaume-Uni. Quatre ans plus tard suit No Geography (2019), réalisé avec peu d'intervenants extérieurs (la chanteuse Aurora et le rappeur japonais Nene), dont sont extraits les singles « Free Yourself », « MAH », « Got to Keep On » et « We've Got to Try ».
