Op natuurkundige gebied het veral navorsing oor slingerbeweging en die golfteorie van lig bekend geword. Hy het die slinger vir die eerste keer as praktiese onderdeel van die horlosie gebruik. Huygens het ook 'n goeie teleskoop met 'n verbeterde lenskonstruksie ontwerp, wat hom daartoe in staat gestel het om die ringe om Saturnus te ontdek.
Christiaan Huygens is op 14 April 1629 in Den Haag gebore in 'n gesin van vyf kinders waar besondere aandag gegee is aan opvoeding en kultuur. Sy pa, Constantijn Huygens (1596-1687) was 'n begaafde en invloedryke man wat onder andere met Descartes, Mersenne en Diodati ('n vriend van Galileo Galilei) gekorrespondeer het.
Deur sy briefwisseling met Mersenne het Huygens kennis gemaak met die swaartekragteorieë van Galilei. Hy het ook bewondering gehad vir Galilei se werkwyse om teorieë met eksperimente te probeer bewys. Hy was veel minder aangetrokke tot Descartes se filosofiese benadering tot die wetenskap en het Descartes se werk meer krities begin beskou. Intussen het hy ook die wiskundige publikasies van sy tydgenote bestudeer en in 1651 sy eerste werk geskryf: Cyclometriae, 'n verhandeling oor die kwadratuur (oppervlak) van die sirkel. Die verhouding tussen die sirkelomtrek en die straal, en die bepaling van raaklyne aan 'n kromme. Met sy tweede werk, oor dieselfde onderwerp maar baie meer omvattend, De circuli magnitudine inventa, het hy in 1654 die bewondering van sy tydgenote afgedwing en erkenning gekry as wiskundige. Onder die invloed van Galilei het Huygens al hoe meer in die sterrekunde begin belang stel.
In 1655 het hy met die hulp van sy broer 'n lens met, vir daardie jare, 'n besondere groot brandpuntafstand ontwerp. Hiermee het hy 'n teleskoop gebou wat beter was as die teleskope waaroor sy tydgenote beskik het. Met hierdie teleskoop was hy die eerste persoon wat een van die mane om Saturnus waargeneem het, en 'n jaar later het hy 'n plat ring om Saturnus ontdek. In sy volgende twee werke, De Saturni una observatio (1656) en Systema Saturn (1659), beskryf hy die ring en verduidelik ook die skyngestaltes en vormverandering van die ring. Die tweede werk het ook 'n skets van die newelvlek Orion bevat.
Die slyp van lense en die aanwending daarvan in mikroskope en teleskope het Huygens sy hele lewe lank besig gehou. Hy het die sferiese aberrasie ('n lensfout) bestudeer en die Huygens-okulêr uitgevind (1662). In 1655 is Huygens na Frankryk, waar hy in Angers sy doktorsgraad in die regte verwerf het. Hy het ook 'n besoek aan Parys gebring, waar hy by Pascal die beginsels van waarskynlikheidsberekening geleer het. In 1656 met sy terugkeer in Holland het hy 'n pamflet Oor die kanse in die dobbelspel geskryf. Tussen 1655 en 1660 het Huygens baie tyd bestee aan die ontwerp van horlosies. Reeds in 1656 het hy deur die gebruik van die slinger in sy uurwerke probeer om groter noukeurigheid te verkry. Hy het die eerste slingerhorlosie in 1657 gepatenteer en dit is deur die horlosiemaker Samuel Coster gebou. Huygens se horlosies was vir sy tyd besonder noukeurig en van wesenlike belang vir die sterrekunde en fisika.
In 1660 is Huygens na Londen waar hy opgeneem is in 'n kring van geleerdes wat hulleself die Royal Society genoem het en waar hy onder andere vir Newton ontmoet het. Onder invloed van hierdie wetenskaplike vereniging, wat hom in 1663 tot lid benoem het, het hy die meganika van botsings tussen elastiese liggame ondersoek. Verder het hy ontdek dat die som van die potensiële en die kinetiese energie van 'n liggaam wat in 'n homogene swaartekragveld verkeer, op enige tydstip behoue bly. Toe die oorlog in 1665 tussen Engeland en Nederland uitbreek, het Huygens na Den Haag teruggekeer. Op uitnodiging van die Franse staatsman Jean-Baptiste Colbert (1619- 1683) is hy daarna na Parys, waar hy een van die eerste lede van die pas gestigte Franse Akademie vir Wetenskappe geword het. Hy het bevriend geraak met Gottfried Leibnitz (1646-1716) en saamgewerk aan die teorie van differensiaalrekening.
Huygens en Denis Papin (1647- 1714) het ook probeer om 'n enjin te bou wat met die plofkrag van buskruit sou werk. Gedurende sy verblyf tussen 1676 en 1678 in Den Haag het Huygens aan sy ligteorie begin werk. Sy belangstelling daarin is geprikkel deur 'n waarneming dat 'n ligstraal wat op 'n kalsietkristal val, as twee strale in verskillende rigtings voortbeweeg. Hy het sy teorie oor lig in verband gebring met die bekende verskynsel van ringe wat op die wateroppervlak verskyn as 'n klippie byvoorbeeld daarin gegooi word. Volgens die golfteorie van Huygens bestaan lig uit golfpulse, en elke puls dien as bron van versteuring waaruit die volgende puls ontstaan. Die golfteorie staan in teenstelling met die uitstralingsteorie (emissie) van Newton, wat aanvaar het dat lig uit snelbewegende deeltjies bestaan wat van 'n ligbron afkomstig is.