Willem Einthoven wurde am 21.Mai 1860 auf der Insel Java geboren, die früher zu Niederländisch-Ostindien und heute Indonesien gehörte. Er war der älteste Sohn von Jacob Einthoven und Louise M.M.C. de Vogel. Als Willem Einthoven erst 6 Jahre alt war, starb sein Vater. Seine Mutter verlegte die Familie, einschließlich des jungen Einthoven und seiner fünf Geschwister, einige Jahre später nach Utrecht, Niederlande. Im Alter von 18 Jahren trat Einthoven dort in die Universität ein und beabsichtigte, wie sein Vater, der sowohl Arzt als auch Militäroffizier gewesen war, Medizin zu studieren. Einthoven war ein außergewöhnlicher Student und promovierte 1885 nach einer Arbeit über Stereoskopie.
Einthoven nahm 1886 eine Stelle als Professor für Physiologie an der Universität Leiden an und heiratete im selben Jahr seine Cousine Frédérique Jeanne Louise de Vogel, mit der er vier Kinder haben würde. Seine beruflichen Interessen konzentrierten sich auf Optik, Atmung und Herz. Um 1889 besuchte Einthoven den Ersten Internationalen Physiologenkongress, auf dem der britische Physiologe Augustus Waller die Verwendung eines Lippmann-Kapillarelektrometers zur Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Herzens demonstrierte. Das Kapillarelektrometer zeichnete Potentialschwankungen auf, aber aufgrund seiner langen Einstellzeit spiegelten die Messungen des Geräts nicht direkt den Zeitpunkt potenzieller Änderungen im schlagenden Herzmuskel wider. Einthoven führte eine Analyse des Elektrometers und der von ihm erzeugten Kurven durch, was zu seiner Formulierung eines Mittels zur Korrektur der Ergebnisse des Instruments führte, um eine genaue Aufzeichnung des Herzzyklus zu erhalten. Mit dieser Methode identifizierte Einthoven 1895 fünf Ablenkungen des elektrischen Stroms, die in einem Elektrokardiogramm auftreten, von denen er feststellte, dass sie Schwankungen der elektrischen Impulse an bestimmten Punkten während des Herzzyklus entsprachen und die er als P, Q, R, S und T bezeichnete.
Trotz dieser Leistung erkannte Einthoven, dass das Kapillarelektrometer für regelmäßige medizinische Untersuchungen von Menschen aufgrund des Zeitaufwands für die Berechnung von Korrekturen unpraktisch war. Er begann mit der Entwicklung eines neuen Instruments, das mögliche Variationen mit der Zeit direkt aufzeichnen konnte, was zu Einthovens Saitengalvanometer führte, das er 1901 erfand. Das Gerät ähnelte in vielerlei Hinsicht den String-Galvanometern, die bereits zur Verstärkung der über Langstrecken-Seekabel übertragenen Signale verwendet wurden, war jedoch viel empfindlicher. Das Einthoven-Galvanometer verwendete eine feine Quarzkette, die vertikal zwischen den beiden Polen eines Magneten ausbalanciert war, so dass sie bei jeder Änderung des elektrischen Potentials abgelenkt wurde. Die Auslenkungen konnten verstärkt und fotografisch festgehalten oder direkt auf Papier nachgezeichnet werden. Einthoven testete das neue Instrument und analysierte die Ergebnisse, die er im Laufe vieler Jahre erhalten hatte, um seine Präzision und Praktikabilität für die medizinische Arbeit sicherzustellen. Das Instrument war ein Schlüsselelement in seiner Erfindung des Elektrokardiographen im Jahr 1903.
Einthoven veröffentlichte 1909 die erste detaillierte Beschreibung seines Galvanometers, und das Interesse an dem Gerät war beträchtlich. Zu diesem Zeitpunkt hatte Einthoven bereits bestätigt, dass die grafische Darstellung, die er aus seiner korrigierten Arbeit mit dem Kapillarelektrometer erhielt, nahezu identisch mit den von seinem Galvanometer gezeigten elektrischen Wellenformen war, was bestätigte, dass er einen Weg gefunden hatte, ein echtes Elektrokardiogramm zu erstellen. Einthoven hatte auch bereits festgestellt, dass Elektrokardiogramme im Allgemeinen einem Grundtyp entsprechen, dass Individuen ihre eigenen charakteristischen Elektrokardiogramme erzeugen, die typischerweise diesem Typ entsprechen, und dass Abweichungen häufig mit Herzerkrankungen verbunden sind. In den Jahren 1906 und 1908 veröffentlichte er Arbeiten, die zahlreiche Beispiele von Elektrokardiogrammen enthielten, die von Patienten mit verschiedenen Arten von Herzanomalien erhalten wurden. Dann, von 1908 bis 1913, richtete er seine Bemühungen um und konzentrierte sich auf das gesunde Herz, um die von ihm erzeugten elektrischen Aktivitätsmuster besser zu erkennen und dadurch eine verbesserte Fähigkeit zu entwickeln, krankheitsbedingte Unterschiede zu den Mustern zu erkennen.
Sobald Einthovens Galvanometer kommerziell verfügbar wurden, tauchten die Instrumente schnell in physiologischen Labors und schließlich in den meisten Krankenhäusern auf. Dies ermöglichte es anderen Forschern, ähnliche Studien wie Einthoven durchzuführen, wodurch die Fähigkeit von Medizinern, Herzprobleme zu diagnostizieren, erheblich verbessert wurde. Als Thomas Lewis seinen klassischen Text über den Mechanismus des Herzschlags veröffentlichte, erkannte er seine Schuld gegenüber Einthoven treffend an, indem er die Arbeit dem wegweisenden Physiologen widmete. Herzärzte und physiologische Forscher auf der ganzen Welt schulden Einthoven weiterhin ähnliche Kredite. Obwohl sich moderne Elektrokardiographen seit dem frühen 20.Jahrhundert weiterentwickelt haben, funktionieren sie immer noch nach den gleichen Grundprinzipien, die von Einthoven ausgenutzt wurden.
Für seine Entdeckung des Mechanismus des Elektrokardiogramms erhielt Einthoven 1924 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Während seiner Annahme der großen Ehre würdigte er bescheiden die Beiträge vieler anderer, die dazu beigetragen hatten, die Arbeit zu ermöglichen. Bis zu seinem Tod im Jahr 1927 war Einthoven, der Mitglied der niederländischen Königlichen Akademie der Wissenschaften war, weiterhin Professor an der Universität Leiden.