Mit seiner Arbeitsgruppe erforscht er die Organometallchemie und insbesondere die selektive Aktivierung von Bindungen in organischen Molekülen durch Übergangsmetalle in der Gasphase. Ziel ist ein besseres Verständnis katalytischer Prozesse und die Erzeugung maßgeschneiderter Katalysatoren. Außerdem war er maßgeblich an der Fortentwicklung der Massenspektrometrie beteiligt.

Helmut Schwarz studierte Chemie an der Technischen Universität Berlin und wurde dort 1971 promoviert, seit 1978 ist er Professor für organische Chemie. Er ist Träger zahlreicher hochrangiger Auszeichnungen, darunter der Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Otto-Hahn-Preis und das Verdienstkreuz 1. Klasse des Verdienstordens der Bundesrepublik Deutschland. Er ist Mitglied mehrerer wissenschaftlicher Akademien und hält Ehrendoktorwürden von Universitäten in Israel, der Schweiz, Österreich und Bulgarien. Von 2001 bis 2007 war er Vizepräsident der DFG, seit dem Jahr 2008 ist er Präsident der Alexander von Humboldt-Stiftung, die sich insbesondere für internationale Kooperationen in der Forschung engagiert.

Helmut Schwarz ist seit 1992 Mitglied der Leopoldina in der Sektion Chemie und war von 1996 bis 2002 Obmann der Teilsektion Organische Chemie. 2010 wählte ihn der Senat der Leopoldina zum Mitglied des Präsidiums.