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Huygens wurde als Sohn Constantijn Huygens' geboren, der Sprachgelehrter, Diplomat, Komponist und der damals führende Dichter Hollands war. Durch seinen Vater kam Christiaan schon früh mit bedeutenden Persönlichkeiten in Kontakt, unter anderem mit Rembrandt, Peter Paul Rubens und René Descartes. Christiaan wurde als Kind von seinem Vater unterrichtet. Später studierte er zunächst Jura, wechselte dann aber bald zu Mathematik und Naturwissenschaften.
Seine erste veröffentlichte Arbeit (1651) befasste sich mit der Quadratur von Kegeln. Weiter beschäftigte er sich mit der Kreiszahl π (pi), Logarithmen und er leistete wichtige Vorarbeiten für die Infinitesimalrechnung, auf denen dann Leibniz und Newton aufbauen konnten. Des weiteren schrieb er eine Abhandlung über die Theorie des Würfelspiels (De ludo aleae), wodurch er heute als Begründer der Wahrscheinlichkeitsrechnung gilt.