Helmholtz là con trai của hiệu trưởng trường Potsdam Gymnasium, Ferdinand Helmholtz, một nhà nghiên cứu ngữ văn cổ điển và triết học, và là bạn thân của nhà triết học và cũng là một nhà xuất bản tên Immanuel Hermann Fichte. Các công trình của Helmholtz bị ảnh hưởng bởi triết học của Johann Gottlieb Fichte và Immanuel Kant. Ông cố gắng theo đuổi các triết lý của họ trong các vấn đề có tính thực nghiệm như sinh lý học.

Khi còn trẻ tuổi, Helmholtz thích nghiên cứu về khoa học tự nhiên, nhưng cha ông muốn ông học về y khoa tại Charité bởi vì có học bổng cho học sinh theo học ngành y.

Helmholtz viết về nhiều đề tài bao gồm từ tuổi Trái Đất đến nguồn gốc của Thái dương hệ.