Etter å ha tjenestegjort i Stillehavet i blant annet New Zealand Post Office's South Pacific service, ble han med på Ernest Shackletons Endurance-ekspedisjon (1914–1916) til Antarktis som kaptein på ekspedisjonsskipet «Endurance». Målet med ekspedisjonen var å krysse det antarktiske kontinent, men skipet frøys fast i isen og ble knust av ismassene etter ti måneder. Shackleton og hans mannskap begynte ferden nordover på sjøisen, og etter en fem måneder lang ferd på ski og med hundespann ble alle tre livbåtene sjøsatt 9. april 1916. Takket være Worsleys navigeringsferdigheter nådde de Elefantøya i øygruppen Sør-Shetlandsøyene 16. april.