Nascut a la ciutat de la Haia en 1629, va estudiar simultàniament l'astronomia, la física i les matemàtiques. Des de jove va mostrar una gran tendència a la ciència. En la família predominava l'ambient científic i com a ajudant del seu germà va començar els seus primers experiments. Va utilitzar l'observació sistemàtica com a mètode de recerca al llarg de la seva vida, però la seva excel·lent base teòrica li permetia interpretar l'observat. Per això, se sol dir que va ser pioner de l'esperit científic actual.
Va estudiar en les universitats de Leiden i Breda. Al principi va destacar en les matemàtiques, però li va agradar la física i l'astronomia i va realitzar les seves aportacions més importants en aquests camps.
En 1655, treballant en el telescopi amb el seu germà, va inventar un nou mètode per a brunyir les lents. D'altra banda, l'aberració de color que produeixen les lents, va donar lloc a lents que al seu torn donen bons resultats. Les noves lents les va posar immediatament en el telescopi, la qual cosa li va permetre realitzar les observacions més completes fins llavors.
Va descobrir el satèl·lit Tità, que gira al voltant de Saturn, l'anell que envolta a Saturn i la nebulosa d'Orio. Gràcies a aquests descobriments, va aconseguir una gran fama entre els astrònoms i tots els astrònoms de l'època ho consideraven un mestre. Huygens va ser qui va formular les primeres hipòtesis sobre la posició de les estrelles. A més, va descobrir que les estrelles són sols llunyans, sorprenent molts científics.
Com s'ha esmentat anteriorment, tenia una formació matemàtica profunda. En 1656 i sota el títol de De ratiociniis in ludo aleae, va publicar el primer tractat complet de càlcul de probabilitats. Va dictar la teoria de la logarítmica i va alliberar el problema de la catenària.
Va ser fundador de la teoria ondulatòria de la llum en el camp de la física. Segons Huygens, la llum és una ona longitudinal que s'expandeix en la mateixa direcció del seu moviment. No obstant això, no va aconseguir confirmar aquesta teoria i XX. Fins al segle XVIII no es va acceptar totalment. No obstant això, ell va continuar utilitzant aquesta teoria. Entre altres coses, en el seu llibre Dioptrica va exposar els fenòmens òptics a través d'aquesta teoria.
Va morir a la Haia el 8 de juny de 1695, sense demostrar la seva correcció.