Veio ao Brasil pela primeira vez em 1869. À época era estudante da Universidade de Cornell, e integrou sua expedição geológica (Expedição Morgan) à Amazônia entre 1870 a 1871. Ao ser convidado à incipiente Comissão Geológica do Império (1875), transferiu acervo especializado ao Museu Nacional do Rio de Janeiro. Organizou as coleções de mineralogia e paleontologia da instituição, e dedicou-se a conclusões daquela expedição. Derby fez importantes trabalhos básicos de geologia na Bacia do Paraná, nos anos de 1879 e 1883.
Dirigiu e fundou a Comissão Geográfica e Geológica de São Paulo (1886-1904) e o Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil. Escreveu 174 memórias sobre geologia e geografia brasileiras.
