Uhlenbeck studerte i Leiden fram til 1888, blei professor i sanskrit og sammenliknende språkvitenskap i Amsterdam i 1892, og i urgermanske språk og allmenn språkvitenskap i Leiden i 1899. Hans språkvitenskapelige virksomhet omfatter vidt forskjellige områder. På oppdrag fra den nederlandske regjeringa foretok han i 1890 en forskningsreise til Russland, hvis resultat foreligger i hans (1891); han arbeida også med de baskiske dialektene og inuitspråk, og la etter to reiser til Rocky Mountains (1910 g 1911) fram resultatene av studiene sine av de nordvestlige indianerstammenes språk.