Osnovnu i dio srednje škole pohađa u Zagrebu, a dva razreda koja je proveo u Osječkoj gimnaziji pokazala su se presudna. Osječki profesor Ivan Kurija prepoznao je i poticao njegovu ljubav prema kemiji pa su njih dvojica objavili Prelogov prvi znanstveni rad 1921.

Nakon srednje škole studira kemiju na Kemijsko-inženjerskom odjelu Tehničke visoke škole u Pragu, gdje je 1929. doktorirao. Po završetku studija kraće vrijeme radi u industriji, a 1934. na poziv Kemijsko-inženjerskog odjela zagrebačkoga Tehničkoga fakulteta vraća se u Zagreb gdje kao docent predaje organsku kemiju.

U Zagrebu je modernizirao nastavu opremanjem laboratorija i izradom nastavnih materijala. Bio je svjestan važnosti suradnje s industrijom pa je tako surađivao s tvrtkom Kaštel koje je preteča današnje Plive.

Zajedno sa svojim diplomskim i doktorskim studentima razvija i patentira antibakterijski lijek Streptazol i sitentizira naftni ugljikovodik adamantan što mu donosi svjetsku slavu. Početak Drugog svjetskog rata i njemačka okupacija Zagreba natjerali su ga da napusti svoju poziciju pa na poziv našeg Lavoslava Ružičke o kojem smo već pisali odlazi u Švicarsku.

Tamo se zaposlio u Laboratoriju za organsku kemiju visoke tehničke škole u Zürichu (ETH Zürich). Ono što je trebao biti privremeni smještaj postao je trajni dom pa je tako Prelog polako napredovao sve do pozicije voditelja laboratorija.

Njegovo primarno područje znanstvenog interesa bila je stereokemija, grana kemije koja proučava trodimenzijsku strukturu molekula. Kada je tek došao na ETH, stereokemija je bila tek u povojima, Prelog je prepoznao i usvojio nove tehnologije poput spektroskopije, x-zraka i magnetske rezonance što je stavilo njegovu grupu na sam rub znanstvene spoznaje.

Zajedno s kolegama R. S. Cahnom i C. Ingoldom predlaže jedinstven sustav kategorizacije i specifikacije kiralnosti molekula, nazvan Cahn-Ingold-Prelogovim pravilima (CIP-pravila), koji se primjenjuje i danas. U svojoj znanstvenoj karijeri publicirao je preko 400 radova i tridesetak patenata, a 'za njegovo istraživanje stereokemije organskih molekula i reakcija', zajedno s J. W. Cornforthom 1975. godine biva nagrađen Nobelovom nagradom za kemiju.

Iako je sebe smatrao građaninom svijeta, nije zaboravio rodnu Hrvatsku pa se tako zauzimao za modernizaciju nastave kemije i više praktičnog rada, a nakon umirovljenja stipendijama je pomagao hrvatskim kemičarima za studij u inozemstvu.