Hendrik Antoon Lorentz blev født i Arnhem, Holland, den 18. juli 1853 som søn af gartneriejer Gerrit Frederik Lorentz og hans hustru, født Geertruida van Ginkel. Da han var fire år gammel, døde hans mor, og i 1862 blev hans far gift med Luberta Hupkes. Dengang havde folkeskolen ikke kun skoletid om morgenen og om eftermiddagen, men også om aftenen, hvor undervisningen var mere fri (på en måde, der mindede om Dalton-metoden). På denne måde var Hendrik Lorentz, da den første højskole (H.B.S.) i Arnhem blev åbnet i 1866, som en begavet elev klar til at blive placeret i 3. klasse. Efter 5. klasse og et års studier i de klassiske fag, kom han i 1870 ind på universitetet i Leyden, fik sin B.Sc. i matematik og fysik i 1871 og vendte tilbage til Arnhem i 1872 for at blive aftenskolelærer, samtidig med at han forberedte sin doktorafhandling om lysets refleksion og refraktion. I 1875, i en tidlig alder af 22 år, opnåede han sin doktorgrad, og kun tre år senere blev han udnævnt til professor i teoretisk fysik i Leyden, som var nyoprettet til ham. På trods af mange invitationer til lærestole i udlandet forblev han altid trofast over for sit Alma Mater. Fra 1912, da han accepterede en dobbeltfunktion i Haarlem som kurator for Teylers fysiske kabinet og sekretær for “Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen” (Hollandsk Videnskabernes Selskab), fortsatte han i Leyden som ekstraordinær professor og holdt sine berømte mandagsmorgenforelæsninger resten af sit liv. De fremsynede direktører for Teyler’s Foundation gjorde det således muligt for hans enestående sind at blive befriet fra rutinemæssige akademiske forpligtelser, hvilket gjorde det muligt for ham at sprede sine vinger endnu mere ud i videnskabens højeste afsondrede områder, som kun få kan nå.
Fra begyndelsen af sit videnskabelige arbejde tog Lorentz det som sin opgave at udvide James Clerk Maxwells teori om elektricitet og om lys. Allerede i sin doktorafhandling behandlede han lysets refleksions- og brydningsfænomener ud fra dette synspunkt, som dengang var helt nyt. Hans grundlæggende arbejde inden for optik og elektricitet har revolutioneret samtidens opfattelser af stoffets natur.
I 1878 udgav han et essay om forholdet mellem lysets hastighed i et medium og dets massefylde og sammensætning. Den resulterende formel, der næsten samtidig blev foreslået af den danske fysiker Lorenz, er blevet kendt som Lorenz-Lorentz-formlen.
Lorentz har også ydet grundlæggende bidrag til studiet af fænomener i forbindelse med bevægelige legemer. I en omfattende afhandling om lysets aberration og de problemer, der opstår i forbindelse hermed, fulgte han A.J. Fresnels hypotese om eksistensen af en ubevægelig æter, som frit gennemtrænger alle legemer. Denne antagelse dannede grundlaget for en generel teori om de elektriske og optiske fænomener i bevægelige legemer.
Fra Lorentz stammer forestillingen om elektronen; hans opfattelse, at hans lillebitte, elektrisk ladede partikel spiller en rolle under elektromagnetiske fænomener i ponderabelt stof, gjorde det muligt at anvende molekyleteorien på teorien om elektricitet og at forklare opførslen af lysbølger, der passerer gennem bevægelige, gennemsigtige legemer.
Den såkaldte Lorentz-transformation (1904) var baseret på den kendsgerning, at de elektromagnetiske kræfter mellem ladninger er underlagt små ændringer som følge af deres bevægelse, hvilket resulterer i en lillebitte sammentrækning af størrelsen af bevægelige legemer. Den forklarer ikke blot på passende vis det tilsyneladende fravær af Jordens relative bevægelse i forhold til æteren, som Michelsons og Morleys eksperimenter viste, men banede også vejen for Einsteins specielle relativitetsteori.
Man kan godt sige, at Lorentz af alle teoretiske fysikere blev betragtet som verdens førende ånd, der fuldendte det, som hans forgængere havde efterladt ufærdigt, og som forberedte jorden for en frugtbar modtagelse af de nye ideer baseret på kvanteteorien.
I 1919 blev han udnævnt til formand for den komité, der havde til opgave at undersøge de bevægelser af havvand, som kunne forventes under og efter indvindingen af Zuyderzee i Nederlandene, et af alle tiders største vandbygningsarbejder. Hans teoretiske beregninger, der var resultatet af otte års pionerarbejde, er blevet bekræftet i den faktiske praksis på den mest slående måde og har siden været af permanent værdi for hydraulikvidenskaben.
Et overvældende antal hædersbevisninger og udmærkelser fra hele verden blev tildelt Lorentz. Internationale forsamlinger blev ledet af ham med usædvanlig dygtighed, både på grund af hans elskværdige og velovervejede personlighed og hans mesterlige sprogbeherskelse. Indtil sin død var han formand for alle Solvay-kongresser, og i 1923 blev han valgt til medlem af “International Committee of Intellectual Cooperation” under Folkeforbundet. Af denne komité, der kun bestod af syv af verdens mest fremtrædende videnskabsmænd, blev han formand i 1925.
Gennem sin store prestige i regeringskredse i sit eget land var Lorentz i stand til at overbevise dem om videnskabens betydning for den nationale produktion. Han indledte således de skridt, der i sidste ende førte til oprettelsen af den organisation, der nu er almindeligt kendt under initialerne T.N.O. (Dutch for Applied Scientific Research).
Lorentz var en mand med en enorm personlig charme. Han var et billede på uselviskhed, fuld af ægte interesse for alle dem, der havde det privilegium at krydse hans vej, og han var vellidt både af sin tids ledere og af den almindelige borger.
I 1881 giftede Lorentz sig med Aletta Catharina Kaiser, hvis far, J.W. Kaiser, professor ved Kunstakademiet, var direktør for det museum, der senere blev det velkendte Rijksmuseum (Nationalgalleriet) i Amsterdam, og designer af de første nederlandske frimærker. Der var to døtre og en søn fra dette ægteskab. Den ældste datter Dr. Geertruida Luberta Lorentz er selv fysiker og giftede sig med professor W.J. de Haas, direktør for det kryogene laboratorium (Kamerlingh Onnes Laboratory) ved universitetet i Leyden.
Lorentz døde i Haarlem den 4. februar 1928.