Kamerlingh Onnes 1871-től 1873-ig a Heidelbergi Egyetemen tanult és dolgozott, elsősorban Robert Bunsen és Gustav Kirchhoff német fizikusok társaságában. A Groningeni Egyetemen 1879-ben doktorált, tanított a Delfti Műszaki Főiskolán (1878-82). 1882-től 1923-ig a kísérleti fizika professzora volt a Leideni Egyetemen.
Johannes van der Waals munkásságának hatása
alatt Kamerlingh Onnes az anyag halmazállapotait leíró
egyenleteket vizsgálta, széles nyomás- és hőmérséklet-tartományban
tanulmányozta a folyadékok és a gázok általános
termodinamikai jellemzőit. 1894-ben megalapította és
kiépítette a jelenleg az ő nevét viselő
Alacsony Hőmérsékletek Laboratóriumát,
ezzel Leident az alacsonyhőmérsékleti kutatások
világközpontjává tette. 1895-től 1906-ig
a kriogén kísérleti technika tökéletesítésén
fáradozott, fémeket és különféle
közegeket (folyadékokat) tanulmányozott alacsony hőmérsékleteken.
1908-ban sikerült cseppfolyósítania a héliumot,
miután két évvel korábban egy továbbfejlesztett
hidrogén-cseppfolyósító gépet épített.
A szilárd hélium előállítására
irányuló próbálkozásai eredménytelenek
maradtak; ez csak tanítványának, az igazgatói
székben őt követő Willem Hendrik Keesomnak sikerült
1926-ban.