Henry Barker Hill war der Sohn des unitarischen Geistlichen und MathematikersThomas Hill (1818–1891), der von 1862 bis 1868 Präsident der Harvard University war. Henry Hill studierte ab 1865 am Harvard College, machte 1869 seinen Abschluss und studierte anschließend ein Jahr bei August Wilhelm von Hofmann in Berlin. Ab 1870 war Hill – trotz relativ unvollständiger Ausbildung – Dozent an der Harvard University, ab 1874 Assistant Professor, ab 1884 ordentlicher Professor. 1891 gab er Vorlesungen in Organischer Chemie am Massachusetts Institute of Technology. Als Josiah Parsons Cooke 1894 starb, übernahm Hill die Leitung der chemischen Laboratorien der Harvard University, während Charles Loring Jackson die Gesamtleitung der Abteilung für Chemie übernahm. Hill machte sich um die Modernisierung der Laboratorien verdient, deren Kapazität er von 40 auf mehr als 700 Studenten ausbaute.
Hill entdeckte das Furfurol (=Furfural) und befasste sich in der Folge mit den Derivaten dieser Substanz, darunter der Brenzschleimsäure, der Mucobromsäure und der Mucochlorsäure. Später entdeckte er das Nitromalonaldehyd, was ihn zu einer Reihe von Synthesen des Benzolrings führte. Kurz vor seinem Tode befasste er sich noch mit Derivaten des Pyrazol. Kommerziell befasste sich Hill mit der Aufdeckung des Streckens von Süßwaren und mit Bleichen und beriet einen Hersteller von Tinte.
