Uno dei più illustri costruttori di strumenti ottici e matematici del XVIII secolo, nel 1741 aprì il suo laboratorio al n. 20 di Cornhill, a Londra. Nel 1774 si associò con il suo ex apprendista Thomas Blunt, dando vita alla ditta
Nairne & Blunt, attiva fino al 1793, anno in cui Blunt aprì un proprio negozio al numero 22 della stessa strada.
Membro della Royal Society, nel 1782 brevettò una macchina elettrostatica cilindrica per uso medico che riscosse grande successo in tutta Europa. La sua fama era tale che
Benjamin Franklin gli commissionò numerosi apparati scientifici e lo raccomandò caldamente per ricostruire la collezione di strumenti del College di Harvard dopo l'incendio del 1764.
Tra i suoi contributi scientifici più rilevanti si annoverano gli esperimenti sul punto di congelamento dell'acqua di mare e l'invenzione di un sistema di smorzamento per i barometri marini, che ne permetteva la lettura precisa anche in condizioni di navigazione turbolenta.