Hendrik Antoon Lorentz wurde am 18. Juli 1853 in Arnheim, Niederlande, als Sohn des Gärtnereibesitzers Gerrit Frederik Lorentz und seiner Frau, geb. Geertruida van Ginkel, geboren. Als er vier Jahre alt war, starb seine Mutter, und 1862 heiratete sein Vater Luberta Hupkes. Damals gab es in der Grundschule nicht nur vormittags und nachmittags Schulstunden, sondern auch abends, wenn der Unterricht freier war (in gewisser Weise ähnlich der Dalton-Methode). Als 1866 die erste Oberschule (H.B.S.) in Arnheim eröffnet wurde, war Hendrik Lorentz als begabter Schüler bereit, in die 3. Nach der 5. Klasse und einem Jahr des klassischen Studiums trat er 1870 in die Universität Leyden ein, erwarb 1871 den B.Sc. in Mathematik und Physik und kehrte 1872 nach Arnheim zurück, um Nachtschullehrer zu werden, während er sich gleichzeitig auf seine Doktorarbeit über die Reflexion und Brechung des Lichts vorbereitete. 1875, im Alter von 22 Jahren, promovierte er und wurde nur drei Jahre später auf den für ihn neu geschaffenen Lehrstuhl für Theoretische Physik in Leyden berufen. Trotz zahlreicher Einladungen auf Lehrstühle im Ausland blieb er seiner Alma Mater stets treu. Ab 1912, als er in Haarlem eine Doppelfunktion als Kurator des Physikalischen Kabinetts von Teyler und als Sekretär der „Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen“ (Niederländische Gesellschaft der Wissenschaften) annahm, blieb er in Leyden als außerordentlicher Professor und hielt bis an sein Lebensende seine berühmten Montagmorgenvorlesungen. Die weitsichtigen Direktoren der Teyler’schen Stiftung ermöglichten es seinem einzigartigen Geist, von den routinemäßigen akademischen Verpflichtungen befreit zu werden, und erlaubten ihm, seine Flügel noch weiter in den höchsten, abgeschiedenen Gefilden der Wissenschaft auszubreiten, die nur von so wenigen erreicht werden können.
Von Beginn seiner wissenschaftlichen Arbeit an sah Lorentz es als seine Aufgabe an, James Clerk Maxwells Theorie der Elektrizität und des Lichts zu erweitern. Bereits in seiner Doktorarbeit behandelte er die Reflexions- und Brechungserscheinungen des Lichts von diesem damals ganz neuen Standpunkt aus. Seine grundlegenden Arbeiten auf den Gebieten der Optik und der Elektrizität haben die zeitgenössischen Vorstellungen über die Natur der Materie revolutioniert.
1878 veröffentlichte er einen Aufsatz über den Zusammenhang zwischen der Lichtgeschwindigkeit in einem Medium und dessen Dichte und Zusammensetzung. Die daraus resultierende Formel, die fast zeitgleich von dem dänischen Physiker Lorenz vorgeschlagen wurde, ist als Lorenz-Lorentz-Formel bekannt geworden.
Lorentz leistete auch grundlegende Beiträge zur Untersuchung der Phänomene bewegter Körper. In einer umfangreichen Abhandlung über die Aberration des Lichts und die damit zusammenhängenden Probleme folgte er A.J. Fresnels Hypothese von der Existenz eines unbeweglichen Äthers, der alle Körper frei durchdringt. Diese Annahme bildete die Grundlage einer allgemeinen Theorie der elektrischen und optischen Phänomene bewegter Körper.
Von Lorentz stammt die Vorstellung des Elektrons; seine Auffassung, dass sein winziges, elektrisch geladenes Teilchen bei den elektromagnetischen Phänomenen in der ponderablen Materie eine Rolle spielt, ermöglichte es, die Molekulartheorie auf die Theorie der Elektrizität anzuwenden und das Verhalten der Lichtwellen zu erklären, die durch bewegte, transparente Körper hindurchgehen.
Die so genannte Lorentz-Transformation (1904) beruhte auf der Tatsache, dass die elektromagnetischen Kräfte zwischen den Ladungen aufgrund ihrer Bewegung geringfügigen Änderungen unterliegen, was zu einer winzigen Verkleinerung der Größe der bewegten Körper führt. Sie erklärt nicht nur die scheinbare Abwesenheit der Relativbewegung der Erde gegenüber dem Äther, wie sie in den Experimenten von Michelson und Morley festgestellt wurde, sondern ebnete auch den Weg für Einsteins spezielle Relativitätstheorie.
Man kann wohl sagen, dass Lorentz von allen theoretischen Physikern als der führende Geist der Welt angesehen wurde, der vollendete, was seine Vorgänger unvollendet gelassen hatten, und der den Boden für die fruchtbare Aufnahme der neuen, auf der Quantentheorie beruhenden Ideen bereitete.
1919 wurde er zum Vorsitzenden des Ausschusses ernannt, dessen Aufgabe es war, die Bewegungen des Meerwassers zu untersuchen, die während und nach der Eindeichung der Zuyderzee in den Niederlanden zu erwarten waren, einem der größten wasserbaulichen Werke aller Zeiten. Seine theoretischen Berechnungen, die das Ergebnis von acht Jahren Pionierarbeit waren, haben sich in der Praxis auf eindrucksvolle Weise bestätigt und sind seither von bleibendem Wert für die Wissenschaft der Hydraulik.
Eine überwältigende Anzahl von Ehrungen und Auszeichnungen aus aller Welt wurde Lorentz zuteil. Internationale Versammlungen wurden von ihm mit außerordentlichem Geschick geleitet, sowohl wegen seiner liebenswürdigen und besonnenen Persönlichkeit als auch wegen seiner meisterhaften Beherrschung der Sprachen. Bis zu seinem Tod war er Vorsitzender aller Solvay-Kongresse, und 1923 wurde er zum Mitglied des „Internationalen Komitees für geistige Zusammenarbeit“ des Völkerbundes gewählt. Von diesem Komitee, dem nur sieben der bedeutendsten Gelehrten der Welt angehörten, wurde er 1925 zum Präsidenten gewählt.
Durch sein großes Ansehen in den Regierungskreisen seines Landes gelang es Lorentz, diese von der Bedeutung der Wissenschaft für die nationale Produktion zu überzeugen. So leitete er die Schritte ein, die schließlich zur Gründung der Organisation führten, die heute allgemein unter den Initialen T.N.O. (Niederländisch für Angewandte Wissenschaftliche Forschung) bekannt ist.
Lorentz war ein Mann von großem persönlichem Charme. Er war der Inbegriff der Selbstlosigkeit, voll von echtem Interesse für jeden, der das Privileg hatte, seinen Weg zu kreuzen, und er war sowohl bei den führenden Persönlichkeiten seiner Zeit als auch bei den einfachen Bürgern beliebt.
1881 heiratete Lorentz Aletta Catharina Kaiser, deren Vater, J.W. Kaiser, Professor an der Akademie der Schönen Künste, Direktor des Museums war, das später das bekannte Rijksmuseum (Nationalgalerie) in Amsterdam wurde, und der die ersten Briefmarken der Niederlande entworfen hatte. Aus dieser Ehe gingen zwei Töchter und ein Sohn hervor. Die älteste Tochter, Dr. Geertruida Luberta Lorentz, ist selbst Physikerin und heiratete Professor W.J. de Haas, Direktor des Kryogenen Labors (Kamerlingh Onnes Laboratory) der Universität Leyden.
Lorentz starb am 4. Februar 1928 in Haarlem.