Willem Einthoven föddes den 21 maj 1860 på ön Java, tidigare en del av nederländska Ostindien och nu Indonesien. Han var den äldste sonen till Jacob Einthoven och Louise M. M. C. De Vogel. När Willem Einthoven bara var 6 år dog hans far. Hans mor flyttade familjen, inklusive unga Einthoven och hans fem syskon, till Utrecht, Nederländerna, några år senare. Vid 18 års ålder gick Einthoven in på universitetet där och tänkte studera medicin som sin far, som hade varit både läkare och militärläkare. Einthoven var en exceptionell student och fick sin doktorsexamen 1885 efter att ha avslutat en avhandling om stereoskopi.
Einthoven accepterade en tjänst som professor i fysiologi vid universitetet i Leiden 1886, och samma år gifte han sig med sin kusin Fr Oguild Oguirique Jeanne Louise de Vogel, med vilken han skulle få fyra barn. Hans professionella intressen var inriktade på Optik, andning och hjärtat. Omkring 1889 deltog Einthoven i den första internationella kongressen för fysiologer, där han såg Brittisk fysiolog Augustus Waller demonstrera användningen av en Lippmann kapillärelektrometer för att registrera hjärtans elektriska aktivitet. Kapillärelektrometern registrerade potentiella variationer, men på grund av sin långa justeringstid återspeglade mätningarna av enheten inte direkt tidpunkten för potentiella förändringar i den slående hjärtmuskeln. Einthoven genomförde en analys av elektrometern och kurvorna som den producerade, vilket resulterade i hans formulering av ett sätt att korrigera instrumentets resultat för att få en exakt registrering av hjärtcykeln. Genom att använda denna metod identifierade Einthoven 1895 fem avböjningar av elektrisk ström som uppträder i ett elektrokardiogram, vilket han insåg motsvarade variationer i elektriska impulser vid vissa punkter under hjärtcykeln och som han betecknade P, Q, R, S och T.
trots denna prestation insåg Einthoven att för regelbundna medicinska utvärderingar av människor var kapillärelektrometern opraktisk på grund av tiden för beräkning av korrigeringar. Han började utveckla ett nytt instrument som skulle kunna spela in potentiella variationer direkt med tiden, vilket resulterade i Einthovens stränggalvanometer, som han uppfann 1901. Enheten liknade i många avseenden stränggalvanometrarna som redan användes för att förstärka signalerna som överfördes över långväga ubåtskablar, men var mycket känsligare. Einthoven galvanometer använde en fin sträng kvarts vertikalt balanserad mellan de två polerna i en magnet så att den avböjdes när variation i elektrisk potential inträffade. Avböjningarna kan förstärkas och registreras fotografiskt eller spåras direkt på papper. Einthoven testade det nya instrumentet och analyserade de resultat han fick under många år för att säkerställa dess precision och användbarhet för medicinskt arbete. Instrumentet var ett nyckelelement i hans uppfinning av elektrokardiografen 1903.
Einthoven publicerade den första detaljerade beskrivningen av sin galvanometer 1909, och intresset för enheten var betydande. Då hade Einthoven redan bekräftat att den grafiska representationen han fick från sitt korrigerade arbete med kapillärelektrometern var nästan identisk med de elektriska vågformerna som hans galvanometer visade, vilket bekräftade att han hade upptäckt ett sätt att producera ett riktigt elektrokardiogram. Einthoven hade också redan funnit att elektrokardiogram i allmänhet överensstämmer med en grundläggande typ, att individer producerar sina egna karakteristiska elektrokardiogram som vanligtvis överensstämmer med denna typ och att avvikelser ofta är förknippade med hjärtsjukdom. 1906 och 1908 publicerade han artiklar som innehöll många exempel på elektrokardiogram erhållna från patienter med olika typer av hjärtavvikelser. Sedan, från 1908 till 1913 omdirigerade han sina ansträngningar och koncentrerade sig på det friska hjärtat för att bättre känna igen de elektriska aktivitetsmönstren som det producerar och därigenom utveckla en förbättrad förmåga att upptäcka sjukdomsrelaterade skillnader från mönstren.
när Einthovens galvanometrar blev kommersiellt tillgängliga började instrumenten snabbt dyka upp i fysiologiska laboratorier och så småningom de flesta sjukhus. Detta gjorde det möjligt för andra forskare att utföra studier som liknar Einthovens, vilket kraftigt förbättrade läkarnas förmåga att diagnostisera hjärtproblem. När Thomas Lewis publicerade sin klassiska text om mekanismen för hjärtrytmen, erkände han träffande sin skuld till Einthoven genom att ägna arbetet åt den banbrytande fysiologen. Hjärtläkare och fysiologiska utredare runt om i världen fortsätter att tacka Einthoven för liknande kredit. Även moderna EKG maskiner har utvecklats sedan början av 20-talet, de fortfarande fungerar på samma grundläggande principer utnyttjas av Einthoven.
för sin upptäckt av elektrokardiogrammets mekanism tilldelades Einthoven Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1924. Under sin acceptans av den stora äran erkände han blygsamt bidrag från många andra som hade hjälpt till att göra arbetet möjligt. Fram till sin död 1927 fortsatte Einthoven, som var medlem i den nederländska Kungliga Vetenskapsakademin, som professor vid universitetet i Leiden.