Bloch sinh tại Neisse (Nysa), tỉnh Silesia thuộc vương quốc Phổ. Từ năm 1930 tới 1934, ông học hóa học ở Đại học kỹ thuật München. Năm 1934, do việc Đức quốc xã bách hại các người Do Thái, nên ông chạy trốn sang "Viện nghiên cứu Thụy Sĩ" (‘’Schweizerische Forschungsinstitut’’) ở Davos, Thụy Sĩ, rồi sang Hoa Kỳ năm 1936 và vào học Phân ban hóa sinh ở Trường Y học Yale. Sau đó ông học tiếp ở Đại học Columbia, đậu bằng tiến sĩ hóa sinh năm 1938.

Từ năm 1939 tới 1946 ông giảng dạy ở Đại học Columbia, tiếp theo là Đại học Chicago. Năm 1954 ông làm giáo sư hóa sinh ở Đại học Harvard cho tới khi nghỉ hưu năm 1982.

Bloch đoạt Giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1964, chung với Feodor Lynen, cho công trình phát hiện của họ về cơ chế và sự điều chỉnh cholesterol cùng việc trao đổi chất axít béo.[1][2][3][4]

Ông là hội viên của Royal Society[5] từ năm 1985.

Bloch từ trần ở Lexington, Massachusetts do bị suy tim ứ huyết.