Marc Henneaux étudie la physique à l’Université libre de Bruxelles, en Belgique, et obtient son doctorat en 1980 sous la direction de Jules Géhéniau. Professeur invité à l’université de Princeton au cours de l’année académique 1978-1979, il intègre l’université du Texas de 1981 à 1984 en tant que chercheur postdoctoral. Il occupe ensuite un poste de chercheur auprès du Fonds de la recherche scientifique (FNRS) jusqu’en 1992, après quoi il est chargé de cours à l’Université libre de Bruxelles (1993-1996). Professeur ordinaire à l’Université libre de Bruxelles depuis octobre 1996, il est également membre associé du CECs (Chili) depuis 1985. Le 1er janvier 2004, il devient directeur des Instituts internationaux de physique et de chimie Solvay, fondés par Ernest Solvay.
