Helmholtz besuchte die militärische Schule Pépinière in Berlin. Von 1843 bis 1848 wirkte er als Militärarzt in seiner Geburtsstadt. Er wurde 1849 als Professor für Physiologie an die Universitäten Königsberg, ab 1855 nach Bonn und im Herbst 1858 nach Heidelberg berufen. In Heidelberg war er 1862/63 Rektor der Universität. 1850 erfand er den Augenspiegel, was die Diagnostik der Augenheilkunde revolutionierte. Durch einen Vortrag vor der Physikalischen Gesellschaft in Berlin machte Helmholtz auf sich aufmerksam. Ostern 1871 wurde er als Ordinarius für Physik an die Berliner Universität berufen. Hier leitete er bis 1886 das Institut für Physik. Er war ein herausragender Vertreter der Naturwissenschaft im 19. Jahrhundert und hat mit seinen wissenschaftlichen Leistungen vor allem die Entwicklung der Physik gefördert. Helmholtz wirkte ab 1887 als Rektor der Friedrich-Wilhelms-Universität der Hauptstadt. Im Jahre 1888 wurde Helmholtz zum Präsidenten der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Charlottenburg ernannt. Er war Mitglied der Akademie der Wissenschaften. Helmholtz wohnte (1892) in Charlottenburg, Marchstraße 25 b. Sein Ehrengrab befindet sich in Berlin-Zehlendorf auf dem Landeseigenen Friedhof Wannsee, Lindenstraße 1 und 2.