Willem Einthoven syntyi 21. toukokuuta 1860 Jaavan saarella, joka kuului aiemmin Hollannin Itä-Intiaan ja nykyiseen Indonesiaan. Hän oli Jacob Einthovenin ja Louise M. M. C. de Vogelin vanhin poika. Kun Willem Einthoven oli vain 6-vuotias, hänen isänsä kuoli. Hänen äitinsä siirsi perheen, mukaan lukien Nuoren einthovenin ja hänen viisi sisarustaan, Utrechtiin Alankomaihin muutamaa vuotta myöhemmin. 18-vuotiaana Einthoven meni sinne yliopistoon aikomuksenaan opiskella lääketiedettä isänsä tavoin, joka oli toiminut sekä lääkärinä että sotilaslääkärinä. Einthoven oli poikkeuksellinen opiskelija ja väitteli tohtoriksi vuonna 1885 suoritettuaan väitöskirjan stereoskopiasta.
Einthoven otti vastaan fysiologian professorin viran Leidenin yliopistossa vuonna 1886, ja samana vuonna hän meni naimisiin serkkunsa Frédérique Jeanne Louise de Vogelin kanssa, jonka kanssa hän sai neljä lasta. Hänen ammatilliset kiinnostuksensa kohdistuivat optiikkaan, hengitykseen ja sydämeen. Vuoden 1889 tienoilla Einthoven osallistui ensimmäiseen kansainväliseen fysiologien kongressiin, jossa hän näki brittiläisen fysiologin Augustus Wallerin esittelevän Lippmannin kapillaarielektrometrin käyttöä sydämen sähköisen toiminnan tallentamiseen. Kapillaarisähkömittari tallensi potentiaalisia vaihteluita, mutta sen pitkän säätöajan vuoksi laitteen tekemät mittaukset eivät suoraan heijastaneet sykkivän sydänlihaksen mahdollisten muutosten ajoitusta. Einthoven sitoutui analysoimaan electrometer ja käyrät se tuotti, jolloin hänen muotoilu keino korjata välineen tuloksia, jotta saadaan tarkka kirjaa sydämen sykli. Tämän menetelmän avulla Einthoven tunnisti vuonna 1895 viisi sähkövirran taipumaa, jotka näkyvät elektrokardiogrammissa, minkä hän tajusi vastaavan sähköimpulssien vaihteluita tietyissä kohdissa sydämen kiertokulun aikana ja jotka hän nimesi P: ksi, Q: ksi, R: ksi, S: ksi ja T: ksi.
tästä saavutuksesta huolimatta Einthoven ymmärsi, että ihmisten säännöllisissä lääketieteellisissä arvioinneissa kapillaarisähkömittari oli epäkäytännöllinen johtuen korjausten laskemiseen käytetystä ajasta. Hän alkoi kehittää uutta soitinta, joka pystyisi suoraan tallentamaan mahdolliset vaihtelut ajan kanssa, tuloksena einthovenin jousigalvanometri, jonka hän keksi vuonna 1901. Laite oli monilta osin samanlainen kuin jo käytössä olleet galvanometrit, joilla vahvistettiin pitkän matkan merikaapeleissa välitettyjä signaaleja, mutta oli paljon herkempi. Einthovenin galvanometrissä käytettiin hienoa kvartsijonoa, joka oli pystysuunnassa tasapainossa magneetin kahden napojen välillä niin, että se taipui aina, kun sähköisen potentiaalin vaihtelu tapahtui. Taipumia voitiin vahvistaa ja tallentaa valokuvina tai jäljittää suoraan paperille. Einthoven testasi uutta laitetta ja analysoi tulokset, jotka hän sai vuosien aikana varmistaakseen sen tarkkuuden ja käytännöllisyyden lääketieteelliseen työhön. Soitin oli keskeinen osa hänen vuonna 1903 keksimäänsä elektrokardiografia.
Einthoven julkaisi ensimmäisen yksityiskohtaisen kuvauksen galvanometristään vuonna 1909, ja kiinnostus laitetta kohtaan oli suurta. Siihen mennessä Einthoven oli jo vahvistanut, että graafinen esitys, jonka hän sai korjatusta työstään kapillaarielektrometrillä, oli lähes identtinen hänen galvanometerinsa osoittamien sähköaaltomuotojen kanssa, mikä vahvisti, että hän oli löytänyt tavan tuottaa todellinen elektrokardiogrammi. Einthoven oli myös jo todennut, että elektrokardiogrammit ovat yleensä perustyypin mukaisia, että yksilöt tuottavat oman tyypillisen elektrokardiogramminsa, joka tyypillisesti vastaa tätä tyyppiä, ja että poikkeamat liittyvät usein sydänsairauksiin. Vuosina 1906 ja 1908 hän julkaisi tutkielmia, joissa oli lukuisia esimerkkejä sydänsähkökäyristä, jotka oli saatu potilailta, joilla oli erilaisia sydämen poikkeavuuksia. Sitten vuosina 1908-1913 hän suuntasi ponnistelunsa ja keskittyi terveeseen sydämeen voidakseen paremmin tunnistaa sen tuottamat Sähköiset toimintamallit ja siten kehittää paremman kyvyn havaita sairauksiin liittyviä eroja kuvioista.
kun Einthovenin galvanometrit tulivat kaupallisesti saataville, alkoivat ne nopeasti ilmestyä fysiologisiin laboratorioihin ja lopulta useimpiin sairaaloihin. Tämä antoi muille tutkijoille mahdollisuuden tehdä samanlaisia tutkimuksia kuin Einthovenilla, mikä paransi suuresti lääketieteen ammattilaisten kykyä diagnosoida sydänongelmia. Kun Thomas Lewis julkaisi klassisen tekstinsä sydämen sykkeen mekanismista, hän myönsi osuvasti velkansa Einthovenille omistamalla teoksen uraauurtavalle fysiologille. Sydänlääkärit ja fysiologiset tutkijat ympäri maailmaa ovat edelleen samanlaisessa kiitollisuudenvelassa einthovenille. Vaikka nykyaikaiset elektrokardiografit ovat kehittyneet 1900-luvun alusta, ne toimivat edelleen samoilla perusperiaatteilla, joita Einthoven käytti hyväkseen.
elektrokardiogrammin mekanismin löytämisestä Einthoven sai Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 1924. Kun hän otti vastaan suuren kunnian, hän tunnusti vaatimattomasti monien muiden panoksen, jotka olivat auttaneet tekemään työn mahdolliseksi. Kuolemaansa saakka vuonna 1927 Alankomaiden kuninkaallisen tiedeakatemian jäsen Einthoven jatkoi professorina Leidenin yliopistossa.