Willem Einthoven s-a născut în1860 în orașulSemarang, insulaJava,Indonezia (pe atunci,Indiile Olandeze de Est). Tatăl, Jacob Einthoven, a fost medic militar în Indiile de Est, născut și educat laGroningen,Olanda.
Pe când Willem avea doar șase ani, tatăl s-a stins din viață. Patru ani mai târziu, mama, Louise M. M. C. de Vogel, se reîntoarce în Olanda cu cei șase copii și se stabilește laUtrecht.
După frecventarea școlii secundare "Hogere Burgerschool", Einthoven intră la Universitatea din Utrecht în1878. În1885 își ia doctoratul iar anul următor devine profesor de fiziologie la Universitatea dinLeiden.
Einthoven se căsătorește în1886 cuFrédérique Jeanne Louise de Vogel, fiică a doctorului W. Th. de Vogel, fost director al Serviciului Public de Sănătate din Indiile Olandeze de Est. Au avut împreună patru copii.
În1894, Einthoven începe studiile asupra electrometrului inventat de fizicianulGabriel Lippmann în1872 și mai ales în ceea ce privește aplicațiile acestuia la măsurarea curenților produși în urma activității cardiace. După diverse măsurători efectuate pe oameni sănătoși sau cu tulburări cardiace și după îmbunătățiri aduse aparatului de măsură (pentru a-i mări sensibilitatea), în1903 obține prima înregistrare electrografică. Această invenție stă la baza electrocardiogramei de astăzi.
