À l’âge de 13 ans, il apprend à reconnaître les minéraux et les roches qu’il rencontre dans les environs de sa ville natale. Il réalise alors une collection considérable. À 14 ans, sa famille emménage à Norway, dans le Maine, où il commence à s’intéresser à la flore et réalise un herbier de plusieurs centaines d’espèces. À 17 ans, Verrill a réalisé une importante collection de coquillages, d’insectes, de reptiles, d’oiseaux et de mammifères. Il est d’abord scolarisé à la Norway Liberal Institute avant de commencer à étudier à Harvard en mai 1859 sous la direction de Louis Agassiz (1807-1873).
Verril se marie le à Flora L. Smith dont il aura six enfants. En 1864, à 25 ans, il devient le premier professeur de zoologie de l’université Yale, fonction qu’il conserve jusqu’à sa retraite, en 1907, où il est nommé professeur émérite. Parallèlement à ces fonctions, il est conservateur du Muséum de zoologie de 1865 à 1910, enseigne la géologie au Sheffield Scientifique School de 1870 à 1894, est conservateur de la Boston Society of Natural Sciences de 1864 à 1874 et enseigne l’anatomie comparée et l’entomologie à l’université du Wisconsin de 1868 à 1870. Il participe également à l’organisation des missions d’explorations scientifiques organisées par la Commission des pêches des États-Unis.
Verril est l’éditeur de la revue American Journal of Science de 1869 à 1920. Il est le responsable de la partie zoologique du dictionnaire Webster (1890-1900). Il est notamment l’auteur de Report upon the Invertebrate Animals of Vineyard Sound and Adjacent Water (1873), Zoology of the Bermuda Islands (1903), Geology and Paleontology of the Bermudas (1907), Coral Reefs of the Bermudas (1907), Monograph of the Shallow Water Starfishes of the North Pacific Coast (1914), Report on West Indian Starfishes (1915), Reports on Alcyonaria and Actinaria of Canadian Arctic Expdition (1921), Crustacea of Bermuda (trois volumes, 1923), Alcyonaria of the Balke Expedition (1925). Verrill fait paraître plus de 350 articles et monographies et décrit plus de 1 000 espèces d'animaux.
Keir B. Sterling, Richard P. Harmond, George A. Cevasco & Lorne F. Hammond (dir.) (1997). Biographical dictionary of American and Canadian naturalists and environmentalists. Greenwood Press (Westport) : xix + 937 p. (ISBN978-0-313-23047-9)