Как задать блокам с float: left высоту контейнера

Используйте flex. Он умеет делать все тоже самое что и флоат( в большинстве случаев) и даже больше. Да и проблем с ним меньше. Поддержка хорошая, дерзайте. Второй(более старый вариант) можно попробовать использовать display: table, table-row, table-cell... Но первый вариант лучше.

Свойство height, указанное в %, работает только если у родительского блока указана высота, либо если элементы абсолютно позиционированы.

Что вам мешало использовать height: inherit;?

main { 
height: 100px; 
} 
div { 
float: left; 
width: 100px; 
margin-right: 10px; 
height: inherit; 
background: #eee; 
}

<main> 
  <div></div> 
  <div></div> 
  <div></div> 
</main>