Procedente de una familia noble de Bruselas, fue educado en Lovaina. Incursionó en una gran cantidad de ramas científicas, como la medicina, área de la cual obtuvo un doctorado en 1599. Posteriormente, viajó a Suiza, Italia, Francia e Inglaterra, volviendo posteriormente a su tierra natal. Contrajo matrimonio y se estableció en 1609 en Vilvoorde, Bruselas, y a partir de entonces concentró sus estudios exclusivamente en los campos de la química y la medicina, hasta su muerte, acaecida en 1644.
En parte, es conocido por sus experimentos sobre el crecimiento de las plantas, que reconocieron la existencia de gases discretos. Identificó los compuestos químicos que hoy llamamos dióxido de carbono y óxido de nitrógeno; fue el primer científico que diferenció entre los conceptos de gas y aire.
Fue pionero en la experimentación y en una forma primitiva de bioquímica, llamada iatroquímica. Fue también el primero en aplicar principios químicos en sus investigaciones sobre la digestión y la nutrición para el estudio de problemas fisiológicos. Por esto se le conoce como el "padre de la bioquímica".
Entre sus numerosos experimentos relacionados con la química, observó que en ciertas reacciones se liberaba un fluido "aéreo", y así demostró que existía un nuevo tipo de sustancias con propiedades físicas particulares, a las que denominó gases (del griego kaos). También se dio cuenta que la sustancia (lo que hoy conocemos como dióxido de carbono) que se libera al quemar carbón, era la misma que la producida durante la fermentación del mosto, o jugo de uva.
Van Helmont consideraba al aire y al agua como los elementos básicos del Universo, y a ésta última como el principal constituyente de la materia. Creyó probada su hipótesis cuando al cultivar un árbol con una cantidad medida de tierra (específicamente un Sauce llorón (los miembros de esta familia tienen preferencia por los hábitats húmedos, las llanuras inundadas y las riberas fluviales, siendo una especie de reconocido rápido crecimiento), y adicionando únicamente agua durante un período de cinco años, el árbol aumentó su masa en 75 kilogramos, mientras que la tierra disminuyó la suya en tan sólo 500 gramos. Supuso, erróneamente, que el árbol había ganado masa sólo por el agua que había tomado, sobre todo de las lluvias.
Sostenía también la teoría de la llamada Generación espontánea, y sobre esta postura es muy conocida su receta para la creación de ratones: "Basta colocar ropa sucia en un tonel, que contenga además unos pocos granos de trigo, y al cabo de 21 días aparecerán ratones". Por supuesto, los ratones "resultantes" no se creaban, sino que simplemente, llegaban al tonel.
Aunque con inclinaciones místicas y creyente en la piedra filosofal, fue un observador cuidadoso y un experimentador exacto. Puede considerarse como un representante sincrético de la alquimia y la química.
