哈伊姆·魏茨曼出生在俄罗斯帝国白俄罗斯平斯克附近的贫困小村庄帕莱，这是俄国西部边境内允许犹太人居住的唯一居民点。因为家中有希伯来文和俄文书籍，还有犹太复国主义的期刊，所以他在学术氛围中长大。

在平斯克这个沙皇俄国的犹太复国主义中心上中学时，他接触了更多的激进思想，1891年从学校毕业时，他已定下两个决心，从事化学工业和犹太复国主义运动。

他的国家实行大学配额制来限制犹太学生入学，魏茨曼去了德国，1896年在那里他遇见犹太复国主义理论家——希伯来散文学家阿瑟尔·金斯贝格。

到20世纪初，魏茨曼已经成为世界犹太复国主义的著名成员，这个组织成立于1897年的第一次犹太复国主义运动大会，西奥多·海茨尔组织这个大会是为了在巴勒斯坦地区建立犹太人定居点。

1901年，魏茨曼发现他和海茨的意见相左，于是组成犹太复国主义运动的第一个反对小组；同年，获得瑞士的弗里堡大学的博士学位。

1901年—1903年期间，在日内瓦大学教授化学。

1904年，海茨尔去世后，他作为海茨尔没有承认的继承者去英国担任曼彻斯特大学的一个学术职务，并在那里长期从事研究工作。

1905年，他遇见了亚瑟·贝尔福，使他确信巴勒斯坦是犹太人建立祖国的唯一合适据点。

1907年，他在第8次犹太复国主义运动大会上，发表了一篇综合犹太复国主义思想的演说，试图使海茨尔激进的政治解决巴勒斯坦的主张和他的缓慢建立定居点的实用主义主张融合，这次演说后不久，他首次访问了巴勒斯坦，并协助建立了巴勒斯坦土地开发公司，加快了建立犹太定居点的步伐。

1910年，正式加入英国籍。

1916年—1919年，第一次世界大战期间领导英国皇家海军的实验室。他在化学上著名的成就是发现了通过细菌发酵取得大量化学产品的方法，被认为是现代工业发酵技术之父。他使用细菌丙酮丁醇梭杆菌来生产丙酮。用丙酮制造的无烟炸药对协约国方面取得大战的胜利做出了贡献。魏茨兹曼把这个方法以收取版税的形式转让给了“商用溶剂公司”。

1917年，他促成亚瑟·贝尔福勋爵写出了《贝尔福宣言》。随后，他创立了称为合成锡安主义的理论，支持为了以色列建国，采用民间殖民和高层外交斡旋并行的手段。他一般被认为是取向偏中的锡安主义者。

1919年1月3日，和费萨尔一世签订了费萨尔-魏茨曼协定，在中东建立阿拉伯人和犹太人的联系。

1920年，魏茨曼全票当选犹太复国主义组织主席，他在锡安主义运动中承担了领导地位。

1920年—1931年、1935年—1946年间，任世界锡安主义组织会长。

1921年，他和著名犹太物理学家爱因斯坦一起参加了一次为耶路撒冷的希伯莱大学筹款活动。他以令人眩晕的高速度在各国之间穿梭，传播犹太复国主义思想并筹集资金。

1948年，会见美国总统哈里·杜鲁门，确认美国对建立独立的以色列国家正义性的支持；建国后，魏茨曼成为第一任以色列总统。他完成了自己理论家的使命，在新的国家体制中处于旁观者的地位，总理戴维·本-古里安掌握了所有的实权。