Leavitt ble utdannet ved Radcliffe College før hun begynte ved Harvard College Observatory i 1893. I 1908 publiserte hun sine første artikler om astronomi i tidsskriftet Annals av Astronomical Observatory of Harvard College. Leavitt arbeidet bare sporadisk i løpet av hennes tid ved Harvard College, og hun ble ofte satt på sidelinjen på grunn av personlige helseproblemer og familiens forpliktelser og dette gikk ut over hennes vitenskapelige prestasjoner.