Hendrik Antoon Lorentz a hollandiai Arnhemben született 1853. július 18-án Gerrit Frederik Lorentz faiskolatulajdonos és felesége, Geertruida van Ginkel néven. Négyéves korában édesanyja meghalt, és 1862-ben apja feleségül vette Luberta Hupkes-t. Abban az időben az általános iskolában nemcsak délelőtt és délután volt tanítás, hanem este is, amikor a tanítás szabadabb volt (bizonyos értelemben a Dalton-módszerhez hasonlóan). Így amikor 1866-ban megnyílt az első gimnázium (H.B.S.) Arnhemben, Hendrik Lorentz, mint tehetséges tanuló, készen állt arra, hogy a 3. osztályba kerüljön. Az 5. osztály és egy év klasszikusok tanulása után 1870-ben beiratkozott a Leydeni Egyetemre, 1871-ben matematikából és fizikából megszerezte a B.Sc. fokozatot, majd 1872-ben visszatért Arnhembe, hogy esti iskolai tanár legyen, és ezzel egyidejűleg a fény visszaverődéséről és fénytöréséről szóló doktori disszertációjára készült. 1875-ben, már 22 évesen megszerezte a doktori címet, és alig három évvel később kinevezték a számára újonnan létrehozott Leydeni Elméleti Fizika Tanszékre. Számos külföldi tanszékre szóló meghívás ellenére mindig hű maradt Alma Materéhez. 1912-től kezdve, amikor kettős funkciót vállalt Haarlemben, mint a Teyler-féle fizikai kabinet kurátora és a “Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen” (Holland Tudományos Társaság) titkára, Leydenben rendkívüli professzorként folytatta, és élete végéig tartotta híres hétfő reggeli előadásait. A Teyler Alapítvány messzire látó igazgatói így lehetővé tették, hogy egyedülálló elméjét megszabadítsák a rutinszerű tudományos kötelezettségektől, és lehetővé tették számára, hogy még jobban kitárja szárnyait a tudomány legmagasabb, elzárt területein, amelyeket oly kevesen érhetnek el.
Lorentz tudományos munkásságának kezdetétől fogva feladatának tekintette James Clerk Maxwell elektromosság- és fényelméletének kiterjesztését. Már doktori értekezésében a fény visszaverődési és fénytörési jelenségeit ebből az akkor még egészen újszerű nézőpontból kezelte. Az optika és az elektromosság területén végzett alapvető munkája forradalmasította az anyag természetéről alkotott korabeli elképzeléseket.
1878-ban publikált egy esszét a fény sebességének egy közegben való összefüggéséről, valamint annak sűrűségéről és összetételéről. Az így kapott képlet, amelyet Lorenz dán fizikus szinte egyidejűleg javasolt, a Lorenz-Lorentz-képlet néven vált ismertté.
Lorentz a mozgó testek jelenségeinek vizsgálatához is alapvetően hozzájárult. A fény aberrációjáról és az ezzel kapcsolatban felmerülő problémákról szóló terjedelmes értekezésében A. J. Fresnel hipotézisét követte, amely szerint létezik egy mozdulatlan éter, amely minden testet szabadon áthatol. Ez a feltevés képezte az alapját a mozgó testek elektromos és optikai jelenségeinek általános elméletének.
Lorentztől származik az elektron fogalma; az a nézete, hogy ez a parányi, elektromosan töltött részecske szerepet játszik az elektromágneses jelenségek során az elgondolható anyagban, lehetővé tette a molekuláris elmélet alkalmazását az elektromosság elméletére, és a mozgó, átlátszó testeken áthaladó fényhullámok viselkedésének magyarázatát.
Az úgynevezett Lorentz-transzformáció (1904) azon a tényen alapult, hogy a töltések közötti elektromágneses erők a mozgásuk miatt kismértékű változásoknak vannak kitéve, ami a mozgó testek apró összehúzódását eredményezi. Ez nemcsak megfelelően magyarázza a Földnek az éterhez viszonyított relatív mozgásának látszólagos hiányát, amit Michelson és Morley kísérletei jeleztek, hanem előkészítette az utat Einstein speciális relativitáselméletéhez is.
Elmondható, hogy Lorentzt minden elméleti fizikus a világ vezető szellemének tekintette, aki befejezte azt, amit elődei befejezetlenül hagytak, és előkészítette a terepet a kvantumelméleten alapuló új elképzelések termékeny befogadásához.
1919-ben kinevezték annak a bizottságnak az elnökévé, amelynek az volt a feladata, hogy tanulmányozza a hollandiai Zuyderzee visszaduzzasztása során és után várható tengervízmozgásokat, amely minden idők egyik legnagyobb vízépítési munkája. Elméleti számításai, nyolc év úttörő munkájának eredménye, a tényleges gyakorlatban a legmeglepőbb módon igazolódtak, és azóta is maradandó értéket képviselnek a hidraulika tudománya számára.
Lorentznek a világ minden tájáról megannyi kitüntetést és elismerést adományoztak. A nemzetközi összejöveteleket kivételes szakértelemmel vezette, mind kedves és megfontolt személyisége, mind mesteri nyelvtudása miatt. Haláláig valamennyi Solvay-kongresszus elnöke volt, 1923-ban pedig beválasztották a Népszövetség “Szellemi Együttműködés Nemzetközi Bizottságának” tagjává. Ennek a világ legkiválóbb tudósai közül mindössze hét tagból álló bizottságnak 1925-ben ő lett az elnöke.
Lorentz saját hazája kormányzati köreiben elért nagy tekintélye révén meg tudta győzni őket a tudománynak a nemzeti termelés szempontjából való fontosságáról. Így kezdeményezte azokat a lépéseket, amelyek végül a ma már általánosan T.N.O. (Holland Alkalmazott Tudományos Kutatásért) kezdőbetűkkel ismert szervezet létrehozásához vezettek.
Lorentz hatalmas személyes bájjal rendelkező ember volt. Az önzetlenség mintaképe, tele őszinte érdeklődéssel mindenki iránt, akinek az útját keresztezhette, mind korának vezetői, mind az átlagpolgár számára kedves volt.
1881-ben Lorentz feleségül vette Aletta Catharina Kaisert, akinek apja, J. W. Kaiser, a Képzőművészeti Akadémia professzora, az amszterdami Rijksmuseum (Nemzeti Galéria) néven ismert múzeum igazgatója és Hollandia első bélyegeinek tervezője volt. Ebből a házasságból két lánya és egy fia született. A legidősebb lány, Dr. Geertruida Luberta Lorentz fizikus, aki feleségül ment W. J. de Haas professzorhoz, a Leydeni Egyetem kriogén laboratóriumának (Kamerlingh Onnes Laboratory) igazgatójához.
Lorentz 1928. február 4-én halt meg Haarlemben.