Dana blev 1836 assistent i kemi hos sin blivande svärfar, professor Benjamin Silliman, 1850 dennes efterträdare som professor i naturalhistoria vid Yale College och var 1864–1894 professor i geologi och mineralogi där. Han deltog under ledning av Charles Wilkes som geolog i United States Exploring Expedition (1838–1842) och offentliggjorde, efter 13 års arbeten, de vetenskapliga resultaten av densamma samt författade själv avdelningarna "Report on the Zoophytes" (med 61 foliotavlor, 1846), "Report on the Geology of the Pacific" (med 21 foliotavlor, 1849) och "Report on Crustacea" (två band, med 96 foliotavlor, 1853–1854).