A văzut lumina zilei la Iași pe 15 noiembrie 1896. Frecventează cursurile Liceului Internat din Iași, numele său fiind înscris pe tabela de onoare a acestei școli. Studiile superioare, începute la Facultatea de Științe a Universității din Iași sunt întrerupte de intrarea României în primul război mondial, în care luptă ca infanterist și aviator, fiind rănit și decorat. După război își reia studiile, în 1926 obținând licența în științe fizico-chimice.
După absolvirea facultății pleacă la Paris cu o bursă de stat, desfășurând o bogată activitate de cercetare, sub coordonarea profesorului Jean Perrin de la Universitatea Sorbona. În 1933 și-a luat doctoratul cu o teză privitoare la „Efectul Comptom Multiplu“, studiile sale fiind apreciate de Maria Sklodowska-Curie. Ajunge director de cercetări la Universitatea din Paris, fiind în contact cu marii titani ai științei din acele vremuri: Frederic Jolliot Curie, Paul Langerin, Albert Einstein.
În perioada 1927-1938, Horia Hulubei activează alternativ în țară, la Universitatea din Iași, și la Paris. Înființează, la Facultatea de Științe din Iași, primul Laborator de structura materiei din România. S-a distins prin importante descoperiri științifice, obținând, primul în lume, spectre de raze X la gaze. Inițiază cercetări care conduc la primele rezultate privind descoperirea unui element necunoscut din tabelul periodic al elementelor, cu numărul de ordine 87. A dorit să-l numească „Moldavium“. Studiile au fost continuate și de către fizicienii francezi și acum figurează sub numele de „Franciu“.
În 1939 se întoarce definitiv în țară, iar în 1940 a fost numit profesor plin la Catedra de Structura materiei de la Universitatea din București, instituție unde a fost rector în perioada 1941-1944. A fost primul director al Institutului de Fizică al Academiei, pe care-l conduce până în 1968, când trece la conducerea Institutului de Fizică Atomică, nou creat. Hulubei a avut un rol decisiv în punerea în funcțiune a unui reactor nuclear (al doilea din Estul Europei) și a unui ciclotron.
Cu o remarcabilă activitate internațională, Horia Hulubei, a fost principalul organizator al celebrului „Palat al Descoperirilor“ de la Paris (1937). A fost vicepreședinte al Consiliului Agenției Internaționale de Energie Atomică (Viena) și membru Institutului Unificat de Cercetări Nucleare (IUCN) de la Dubna. Savantul român are contribuții importante, recunoscute în lumea științifică, în fizica neutronilor, în studiul elementelor transuraniene, în studiul reacțiilor nucleare. În 1937 a fost ales membru corespondent al Academiei Române, din 1955 devenind membru titular al acesteia. A fost membru al Academiei de Științe din New York, al Societăților de Fizică din SUA, Elveția, Franța, Germania. În 1958 Hulubei a fost inclus în grupul de experți ONU, care își propusese să studieze posibilitatea detectării exploziilor atomice, oriunde ar fi efectuate ele.
S-a stins din viață pe 22 noiembrie 1972 la București.