Burley maakte vooral naam onder de vleugels van Ian Porterfield en diens permanente opvolger Glenn Hoddle. Hij speelde van 1989 tot 1997 op Stamford Bridge en won de FA Cup in 1997 onder leiding van speler-trainer Ruud Gullit. Chelsea versloeg Middlesbrough met 2–0 in de finale. Burley speelde niet, dat seizoen belandde hij onder Gullit vaker op de bank. Drie jaar eerder, in de finale van 1994, kreeg Burley met de club een 0–4 pandoering om de oren tegen Manchester United. Burley werd na 68 minuten vervangen. In 1997 verruilde hij Chelsea voor de Schotse topclub Celtic. Burley speelde 113 competitiewedstrijden voor Chelsea en scoorde zeven doelpunten.