Willem Einthoven est né le 21 mai 1860 sur l’île de Java, qui faisait autrefois partie des Indes orientales néerlandaises et maintenant de l’Indonésie. Il est le fils aîné de Jacob Einthoven et de Louise M.M.C. de Vogel. Lorsque Willem Einthoven n’avait que 6 ans, son père est décédé. Sa mère a déménagé la famille, y compris le jeune Einthoven et ses cinq frères et sœurs, à Utrecht, aux Pays-Bas, quelques années plus tard. À l’âge de 18 ans, Einthoven entra à l’université, dans l’intention d’étudier la médecine comme son père, qui avait été à la fois médecin et médecin militaire. Einthoven était un étudiant exceptionnel et a obtenu son doctorat en 1885 après avoir terminé une thèse sur la stéréoscopie.
Einthoven accepte un poste de professeur de physiologie à l’Université de Leyde en 1886, et la même année il épouse sa cousine Frédérique Jeanne Louise de Vogel, avec qui il aura quatre enfants. Ses intérêts professionnels étaient axés sur l’optique, la respiration et le cœur. Vers 1889, Einthoven assiste au Premier Congrès international de physiologistes, où il voit le physiologiste britannique Augustus Waller démontrer l’utilisation d’un électromètre capillaire Lippmann pour enregistrer l’activité électrique du cœur. L’électromètre capillaire a enregistré des variations de potentiel, mais en raison de son long temps de réglage, les mesures effectuées par l’appareil ne reflétaient pas directement le moment des changements potentiels dans le muscle cardiaque battant. Einthoven a entrepris une analyse de l’électromètre et des courbes qu’il produisait, ce qui lui a permis de formuler un moyen de corriger les résultats de l’instrument afin d’obtenir un enregistrement précis du cycle cardiaque. En utilisant cette méthode, Einthoven a identifié en 1895 cinq déviations de courant électrique apparaissant dans un électrocardiogramme, dont il a réalisé qu’elles correspondaient à des variations d’impulsions électriques en certains points du cycle cardiaque et qu’il a désignées P, Q, R, S et T.
Malgré cette réalisation, Einthoven s’est rendu compte que pour des évaluations médicales régulières de l’homme, l’électromètre capillaire n’était pas pratique en raison du temps nécessaire au calcul des corrections. Il a commencé à développer un nouvel instrument capable d’enregistrer directement les variations potentielles avec le temps, ce qui a abouti au galvanomètre à cordes d’Einthoven, qu’il a inventé en 1901. Le dispositif était similaire à bien des égards aux galvanomètres à cordes déjà utilisés pour amplifier les signaux transmis à travers des câbles sous-marins à longue distance, mais était beaucoup plus sensible. Le galvanomètre d’Einthoven utilisait une fine chaîne de quartz équilibrée verticalement entre les deux pôles d’un aimant de sorte qu’elle était déviée chaque fois que des variations de potentiel électrique se produisaient. Les déviations pouvaient être amplifiées et enregistrées photographiquement ou directement tracées sur papier. Einthoven a testé le nouvel instrument et analysé les résultats qu’il a obtenus au cours de nombreuses années afin de s’assurer de sa précision et de son caractère pratique pour le travail médical. L’instrument a été un élément clé dans son invention de l’électrocardiographe en 1903.
Einthoven a publié la première description détaillée de son galvanomètre en 1909, et l’intérêt pour l’appareil était considérable. Einthoven avait alors déjà confirmé que la représentation graphique qu’il avait obtenue de son travail corrigé avec l’électromètre capillaire était presque identique aux formes d’onde électriques montrées par son galvanomètre, confirmant qu’il avait découvert un moyen de produire un véritable électrocardiogramme. Einthoven avait également déjà constaté que les électrocardiogrammes sont généralement conformes à un type de base, que les individus produisent leurs propres électrocardiogrammes caractéristiques généralement conformes à ce type, et que les déviations sont souvent associées à une maladie cardiaque. En 1906 et 1908, il publie des articles comprenant de nombreux exemples d’électrocardiogrammes obtenus auprès de patients présentant divers types d’anomalies cardiaques. Puis, de 1908 à 1913, il réoriente ses efforts, se concentrant sur le cœur sain afin de mieux reconnaître les schémas d’activité électrique qu’il produit et de développer ainsi une meilleure capacité à détecter les différences liées à la maladie par rapport aux schémas.
Une fois que les galvanomètres d’Einthoven sont devenus disponibles dans le commerce, les instruments ont rapidement commencé à apparaître dans les laboratoires physiologiques et finalement dans la plupart des hôpitaux. Cela a permis à d’autres chercheurs de mener des études similaires à celles d’Einthoven, améliorant considérablement la capacité des professionnels de la santé à diagnostiquer des problèmes cardiaques. Lorsque Thomas Lewis a publié son texte classique sur le mécanisme du battement du cœur, il a bien reconnu sa dette envers Einthoven en dédiant le travail au physiologiste pionnier. Les médecins cardiaques et les chercheurs physiologiques du monde entier continuent de devoir un crédit similaire à Einthoven. Bien que les électrocardiographes modernes aient évolué depuis le début du 20ème siècle, ils fonctionnent toujours sur les mêmes principes de base exploités par Einthoven.
Pour sa découverte du mécanisme de l’électrocardiogramme, Einthoven a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1924. Lors de son acceptation du grand honneur, il a modestement reconnu les contributions de nombreux autres qui avaient contribué à rendre le travail possible. Jusqu’à sa mort en 1927, Einthoven, qui était membre de l’Académie royale néerlandaise des sciences, a continué comme professeur à l’Université de Leyde.