הויגנס היה ממדעני העל של תקופתו. בעזרת טלסקופים שבנה בעצמו, הוא גילה ב־1655 את טיטאן, הירח הגדול של שבתאי, והיה הראשון שהסביר שמה שנראה כמו ״אוזניים״ לשבתאי הוא בעצם טבעת דקה ושטוחה סביבו.
ב־1656 בנה את שעון המטוטלת, ששיפר מאוד את הדיוק במדידת זמן. הוא ניסה גם לבנות שעון מטוטלת לספינות, אבל הטלטלות בים שיבשו אותו — בעיה שפתר מאוחר יותר ג׳ון הריסון. הויגנס פיתח גם רעיונות חשובים על האור כגל, שבזכותם הוא מוזכר עד היום בשיעורי פיזיקה. הוא גם תכנן קפיץ מיוחד לשעוני כיס, שהפך אותם למדויקים בהרבה.