Leavitt efetuou os seus estudos no
Oberlin College e na
Society for Collegiate Instruction of Women (
Radcliffe College) onde ela descobriu, tardiamente, a
Astronomia. No final dos seus estudos, em
1892, ela seguiu outros cursos de Astronomia.
Em 1895 ela entrou para o
Harvard College Observatory
como voluntária. As suas qualidades e sua vivacidade de espírito
permitiram-lhe ser admitida no quadro permanente de funcionários do
observatório sob a direção de
Charles Pickering.
Leavitt teve poucas possibilidades de efetuar trabalhos teóricos, mas foi rapidamente nomeada para a chefia do departamento de
fotometria fotográfica, responsável pelo estudo das fotografias de
estrelas a fim de determinar as suas
magnitudes, processo que envolvia a comparação do tamanho de uma estrela em duas chapas fotográficas tiradas em momentos diferentes.
Ela descobriu e catalogou 1.777 estrelas variáveis situadas nas
Nuvens de Magalhães. Em
1912, a partir do seu catálogo, descobriu que a luminosidade das
variáveis cefeidas
era proporcional ao seu período de variação de luminosidade.
Essa
relação período-luminosidade é a base de um método de estimação das
distâncias de nebulosas e de galáxias no Universo.
No final da sua vida, por causa da doença, já não conseguia já trabalhar, vindo a morrer, de cancro, em
12 de dezembro de
1921, sendo enterrada no túmulo da família, no Cemitério de
Cambridge.