Байрон в раннем возрасте поступил на флот, в 18-летнем возрасте мичманом участвовал в кругосветном плаваниикоммодора Ансона. Во время этого плавания, 14 мая 1741 года, корабль, на котором плавал Джон Байрон, HMS Wager, потерпел кораблекрушение у берегов Патагонии. Оставшиеся в живых решили разделиться на две группы, одна отправилась в Рио-де-Жанейро, а группа Джона Байрона отправилась на север для встречи с испанцами.
В дальнейшем Байрон осветил все эти события в своей книге «Рассказы Благородного Джона Байрона» , которая имела большой успех у британской публики.
В декабре 1746 года Байрон получил в командование корабль HMS Siren в качестве полного капитана.
В 1760 году Байрон был послан в составе эскадры английских кораблей для атаки на французские укрепления Луисбурга.
В июле того же года он победил французскую флотилию, посланную для освобождения Новой Франции.
С июня 1764 года по май 1766 года совершил кругосветное плавание как капитан корабля HMS Dolphin.
В 1765 году он посетил и объявил Фолклендские острова территорией Великобритании по праву первооткрывателя (коим он на самом деле не являлся). Эти его действия привели к напряжению в отношениях Великобритании и Испании и чуть было не привели к новой войне: обе страны снаряжали флот, чтобы объявить суверенитет над островами.
В этом плавании Джон Байрон открыл острова Туамоту, Токелау, которым он дал название «Острова герцога Йоркского» , а также Острова Гилберта и посетил остров Тиниан.
В 1769 год Байрон был назначен губернатором Ньюфаундленда и пробыл на этом посту около трёх лет. Звание контр-адмирала он получил 31 марта 1775 года, а вице-адмирала — 29 января 1778 году.
В 1778 и 1779 годах, во время Войны за независимость США, командовал в Вест Индии Подветренной станцией.
В июле 1779 года неудачно атаковал французский флот в битве у Гренады.