Bruce tenía inicialmente la intención de estudiar medicina, pero su perspectiva cambió después de que asistiera a unos estudios extracurriculares de ciencias naturales durante el verano de 1887. Después de estos cursos comenzó a desarrollar una amplia gama de intereses científicos, y en 1892 abandonó sus estudios de medicina en la Universidad de Edimburgo, para unirse a la "Expedición Ballenera Dundee" al antártico como ayudante científico. A esto siguieron sus viajes al Ártico, Nueva Zembla, Spitsbergen y a la Tierra de Francisco José (donde se reunió con Fridtjof Nansen). Bruce, en 1899 solicitó un puesto de científico en la "Expedición Nacional Antártica Británica" (más tarde conocida como Expedición Discovery). Los retrasos en la confirmación de este nombramiento, y las diferencias con el presidente de la Royal Geographical Society (RGS), Sir Clements Markham, le indujeron a organizar su propia expedición a las Islas Orcadas del Sur y al mar de Weddell, se llamó "Expedición Antártica Nacional Escocesa" (SNAE por sus siglas en inglés). Bruce, más tarde en 1906, fundó el Laboratorio Oceanográfico Escocés, sin embargo los siguientes planes que hizo para realizar una marcha a través de la Antártida pasando por el Polo Sur, se vieron frustrados por falta de personal y de apoyo financiero. Estos planes fueron adoptados por Sir Ernest Shackleton como base para su Expedición Imperial Trans-Antártica de 1914-1917.