卡文迪许在十一岁那年进入了纽科姆博士在哈克尼办的一所中学学习，这是一所主要招收上层阶级的孩子的学校。1749年，他进入剑桥的圣彼得学院学习。在剑桥，他学习了四年。1753年，他离开剑桥漫游欧洲大陆。这以后他与父亲一起居住在伦敦马尔特罗大街，他在家里装备了一间实验室和工作室。

开始，卡文迪许只是做父亲的助手。他的父亲查尔斯是一位杰出的实验科学家，也是英国皇家学会的重要人物。查尔斯的实验技巧非常卓越，备受富兰克林的赞扬。他鼓励儿子热爱科学，并把自己的仪器设备供给儿子使用。尤其重要的是，父亲把卡文迪许引进伦敦的科学界。1760年，卡文迪许成了皇家学会会员。

1766年，卡文迪许发表了《人造气体》一文，这篇论文纪录了卡文迪许对氢气的研究。文中指出，氢气是做为一种独特的物质存在的。并且他还用实验证明了氢能够燃烧。在化学的其他方面，卡文迪许也作出了重要的发现。

他研究了二氧化碳的性质，指出由腐烂和发酵产生的气体，与大理石受酸作用而产生的气体是相同的。他还研究了空气的组成，用实验证明了空气中有惰性气体存在。他在化学方面最杰出的贡献是研究了水的组成，并证明了水是氢和氧的化合物，这一伟大发现在化学史上开辟了一个新纪元。

卡文迪许对物理学研究很感兴趣，他最初着手研究的是动力学。1687年出版的牛顿的《自然哲学的数学原理》一书对卡文迪许的影响很大。他基本上赞成牛顿的观点，但在某些问题上也坚持自己的观点。1798年，卡文迪许通过扭秤实验，验证了牛顿的万有引力定律。同时确定了万有引力常数和地球的平均密度。

卡文迪许在电学上的研究持续的时间很长，直到1781年才结束，这是他一生中最持久最艰苦的尝试。他首先研究了两个带电体的相互作用，在多次试验的基础上，他明确地指出：同种带电体的相互作用是互相排斥，不同种带电体的相互作用是互相吸引，相互作用力随距离的某次方（小于3次）成反比例变化。这为后来库仑发现的库仑定律奠定了基础。

他的关键性的实验连同一个推广的理论结果构成了一篇未发表的论文的纲要。卡文迪许先于法拉第证实了电容器的电容与两极板间的物质有关，揭示了电介质极化存在束缚电荷这一事实。他还先于欧姆发现导体两端的电势差与通过它的电流成正比。更令人惊异的是，卡文迪许是在当时还无法测量电流虽弱的条件下，用自己的身体做为一只测量电流的仪表面得出这一正确的结论的。他当时是用手指抓住电极的一端，根据仅仅是手指，还是手指到手腕，或者是手指一直到肘关节都感到电振，从而估计出电流强弱。遗憾的是这些成果当时没有完全公开发表，书面发表的只有两篇涉及的材料并不是最重要的文章。大约过了一百年，麦克斯韦用他一生中的最后五年的时间，整理了卡文迪许留下的大量的资料、实验记录和文稿，他在1879年出版了《亨利·卡文迪许的电学研究》一书，至此人们才得以了解卡文迪许的工作和成果。 卡文迪许还研究了热的现象，他用硫磺、炭和玻璃等做实验，发现给它们相同的热量，温度却不一样。从而他得出结论：各种物质加热到一定温度时，所需要的热量各不相同。这一结论对后来 发现比热定律有着重要意义。