Az Utrechti Egyetemen szerzett orvosi diplomát, majd a Leideni Egyetem élettanprofesszoraként dolgozott 1886-tól egészen haláláig. 1903-ban tervezte meg az első húros galvanométert - ma Einthoven-féle galvanométernek nevezik -, ezzel a szívizom összehúzódásakor keletkező elektromos potenciálváltozásokat lehetett mérni és grafikus úton rögzíteni. Az így kapott felvételt elektrokardiogramnak nevezte el. Einthoven felismerte, hogy a különféle szívbetegségekről nyert felvételek görbéi között eltérések vannak. 1908 és 1913 között az egészséges szív tevékenységéről készült felvételek hullámait tanulmányozta avégett, hogy a kóros jelenségek pontosan felismerhetőek és értelmezhetőek legyenek.
Einthoven továbbfejlesztette az elektródák elhelyezési rendjét, és a manapság alkalmazott standard (végtagi) elvezetések leírása és használata eredetileg az ő nevéhez fűződik.