Sau khi được đưa vào hoạt động năm 1902, Prinz Heinrich đã phục vụ cùng Hạm đội Đức; nó là soái hạm của Hải đội Tuần dương cùng với tàu tuần dương bảo vệ Victoria Louise và tám tàu tuần dương hạng nhẹ.[9] Vào tháng 1 năm 1904, chiếc tàu tuần dương đã cùng với hai tàu chở hành khách đi đến thị trấn Ålesund của Na Uy sau một vụ hỏa hoạn đã phá hủy thị trấn này; các con tàu mang theo hàng tiếp tế và thuốc men đến cảng và trợ giúp vào việc cứu nạn.[10] Nó được điều sang Phân đội 2 của Hải đội Tuần dương thuộc hạm đội thường trực vào năm 1905 sau khi chiếc tàu tuần dương bọc thép mới Friedrich Carl được đưa vào hoạt động. Phân đội 2 còn bao gồm các tàu tuần dương hạng nhẹ Arcona, Hamburg và Amazone, vốn được cho phối thuộc cùng Hải đội 2 của hạm đội thường trực. Một phân đội khác, bao gồm một tàu tuần dương bọc thép và ba tàu tuần dương hạng nhẹ, cũng được phối thuộc cho Hải đội 1.[11]

Vào tháng 2 năm 1907, Prinz Heinrich đã tiến hành một loạt các thử nghiệm với thiết bị Miller, được Hải quân Hoa Kỳ sử dụng để tiếp tế nhiên liệu ngoài biển. Thử nghiệm thứ nhất được tiến hành vào ngày 17 tháng 2 cùng với chiếc tàu tiếp than Hermann Sauber; thủy thủ đoàn đã có khả năng chuyển 56 tấn thiếu (51 t) than trong vòng một giờ. Sang ngày 22 tháng 12, một thử nghiệm khác được tiến hành trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhưng cũng cho kết quả tương tự.[12] Vào năm 1914, Prinz Heinrich đi vào ụ tàu của Xưởng tàu Đế chế tại Kiel để hiện đại hóa. Sự sắp xếp các đèn pha tìm kiếm được cải tiến, thành tàu chung quanh cấu trúc thượng tầng được tháo dỡ, các cột ăn-ten được hiện đại hóa. Sau các cải tiến này, nó gia nhập trở lại hạm đội.[8]

Chiến tranh Thế giới thứ nhất

Tiếp theo sau làn sóng tuyên chiến nhau giữa các cường quốc Châu Âu vào cuối tháng 7 năm 1914, Đế quốc Anh đã tuyên chiến với Đế quốc Đức vào ngày 5 tháng 8.[13] Prinz Heinrich đã tham gia đợt tấn công lớn thứ hai của Hải quân Đức tại Bắc Hải, cuộc bắn phá Scarborough, Hartlepool và Whitby vào ngày 15-16 tháng 12 năm 1914. Cùng với tàu tuần dương bọc thép Roon và một chi hạm đội tàu phóng lôi, Prinz Heinrich được giao nhiệm vụ trinh sát cho lực lượng chính của Hạm đội Biển khơi Đức, đặt dưới quyền chỉ huy của Đô đốc Friedrich von Ingenohl. Thành phần hạm đội chủ lực này sẽ hỗ trợ từ xa cho các tàu chiến-tuần dương dưới quyền chỉ huy của Chuẩn đô đốc Franz von Hipper vốn là lực lượng tiến hành cuộc bắn phá.[14] Trong đêm 15 tháng 12, hạm đội chiến trận Đức với khoảng 12 thiết giáp hạm dreadnought và tám thiết giáp hạm tiền-dreadnought đã chỉ ở cách 10 nmi (19 km; 12 dặm) một hải đội biệt lập bao gồm sáu thiết giáp hạm Anh. Tuy nhiên, ca8c cuộc đụng độ lẻ tẻ giữa các tàu khu trục hộ tống của hai phía đã khiến đô đốc von Ingenohl tin rằng ông đang phải đối đầu với toàn bộ Hạm đội Grand Anh Quốc. Tuân theo chỉ thị của Kaiser Wilhelm II tránh mạo hiểm hạm đội một cách không cần thiết, von Ingenohl đã tách khỏi trận chiến và quay mũi hạm đội quay trở về vùng biển Đức.[15] Sau chiến dịch này, người ta xác định chiếc tàu tuần dương mười hai tuổi Prinz Heinrich không có chỗ trong hàng ngũ chống lại hạm đội Anh hùng mạnh, nên nó được điều sang biển Baltic để hoạt động chống lại Hạm đội Nga.[4]

Chuẩn đô đốc Hopman, Tư lệnh lực lượng tuần tiễu tại biển Baltic, tiến hành một chiến dịch tấn công lớn nhắm vào Libau, phối hợp với một nỗ lực của Lục quân Đức để chiếm thành phố.[16] Cuộc tấn công diễn ra vào ngày 7 tháng 5 với lực lượng bao gồm các tàu tuần dương bọc thép Prinz Heinrich, Roon và Prinz Adalbert, chiếc hải phòng hạm cũ Beowulf cùng các tàu tuần dương hạng nhẹ Augsburg, Thetis và Lübeck, được hộ tống bởi một số tàu khu trục, tàu phóng lôi và tàu quét mìn. Đội tuần tiễu 4 thuộc Hạm đội Biển khơi Đức cũng được điều động từ Bắc Hải đến để hỗ trợ cho chiến dịch.[17] Cuộc bắn phá tiến hành như kế hoạch, cho dù tàu khu trục V107 trúng phải một quả thủy lôi trong cảng Libau, làm vỡ tung mũi và phá hủy con tàu. Dù sao cuộc tấn công của Lục quân cũng diễn ra thành công, và họ chiếm đóng được thành phố.[18]

Vào ngày 1 tháng 7, được hộ tống bởi các tàu tuần dương Roon, Augsburg và Lübeck cùng bảy tàu khu trục, tàu rải mìn Albatross đã rải một bãi thủy lôi ở phía Bắc Bogskär. Trên đường quay trở về, hải đội được cho tách làm đôi: Augsburg, Albatross cùng ba tàu khu trục hướng đến Rixhöft trong khi số còn lại đi đến Libau. Augsburg và Albatross bị một lực lượng hải quân Nga hùng hậu dưới quyền Chuẩn đô đốc Mikhail Bakhirev đánh chặn, bao gồm ba tàu tuần dương bọc thép và hai tàu tuần dương hạng nhẹ.[19] Thiếu tướng Hải quân Johannes von Karpf chỉ huy hải đội đã ra lệnh cho chiếc Albatross chậm hơn rút lui đến vùng biển Thụy Điển trung lập đồng thời cầu cứu Roon và Lübeck. Albatross bị mắc cạn ngoài khơi Gotland và Augsburg chạy thoát; hải đội Nga giao chiến trong một lúc ngắn với Roon trước khi hai phía tách ra. Được báo cáo tình hình, Hopman khởi hành cùng với Prinz Heinrich và Prinz Adalbert để trợ giúp von Karpf. Trên đường đi, các tàu tuần dương bọc thép đã đụng độ với tàu ngầm Anh E9, vốn đã bắn trúng một quả ngư lôi vào Prinz Adalbert. Hopman hủy bỏ chiến dịch và quay trở lại cảng cùng với chiếc tàu tuần dương bọc thép bị hư hại.[20]

Lực lượng hải quân Đức tại Baltic được tăng cường thêm những đơn vị thuộc Hạm đội Biển khơi trong quá trình diễn ra Trận chiến vịnh Riga vào tháng 8 năm 1915, một kế hoạch của Đức nhằm đẩy lực lượng Nga ra khỏi vịnh Riga đồng thời rải mìn ngăn chặn ý định phản công của đối phương. Các thiết giáp hạm thuộc Hải đội Chiến trận 1 là lực lượng tấn công chủ lực, cho dù Prinz Heinrich cùng các con tàu cũ hơn phối thuộc cho hạm đội Baltic cũng tham gia.[21] Vào ngày 10 tháng 8, Prinz Heinrich và Roon bắn phá các vị trí phòng thủ của Nga tại Zerel, mũi cực Nam của bán đảo Sworbe thuộc đảo Ösel. Nhiều tàu khu trục Nga neo đậu ngoài khơi Zerel đã hoàn toàn bị bất ngờ, Prinz Heinrich và Roon đã làm hư hại một trong các tàu khu trục đối phương trong cuộc tấn công.[22] Tuy nhiên, sự phòng ngự kiên cường của phía Nga cộng với những báo cáo về hoạt động của tàu ngầm Anh trong khu vực, được chứng tỏ qua việc tàu chiến-tuần dương Moltke trúng ngư lôi vào ngày 19 tháng 8, đã buộc phía Đức phải hủy bỏ chiến dịch.[23]

Bắt đầu từ năm 1916, Prinz Heinrich được cho rút khỏi các hoạt động nơi tuyến đầu để sử dụng như một sở chỉ huy nổi tại Kiel.[1] Dàn vũ khí của nó được tháo dỡ, rồi sau đó được sử dụng như một tàu kho chứa cũng tại Kiel cho đến hết quãng đời phục vụ. Prinz Heinrich được rút khỏi danh sách đăng bạ hải quân vào ngày 25 tháng 1 năm 1920 rồi bị bán để tháo dỡ cuối năm đó. Con tàu bị tháo dỡ tại Audorf-Rendsburg.[6]