Helmut Schwarz erforscht mit seiner Arbeitsgruppe 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 Entwicklung maßgeschneiderter Katalysatoren. Zudem war er maßgeblich an der Fortentwicklung der Massenspektrometrie beteiligt.
Schwarz wurde 1972 an der Technischen Universität Berlin promoviert, wo er sich 1974 habilitierte. Seit 1978 ist er dort Professor für Chemie. Er absolvierte diverse Forschungsaufenthalte in der Schweiz, dem Vereinigten Königreich, Israel, Australien, Japan, Neuseeland, Österreich und Frankreich. Von 2008 bis 2018 war er Präsident der Alexander von Humboldt-Stiftung. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt er unter anderem den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis (1990) der Deutschen Forschungsgemeinschaft und den Max-Planck-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung (1991). Die Leopoldina wählte Helmut Schwarz 1992 in die Sektion Chemie. Von 2010 bis 2015 war er Mitglied des Präsidiums.
Helmut Schwarz ist einer von insgesamt 135 ausländischen Staatsangehörigen, die für ihre Verdienste zur japanischen Kultur und Gesellschaft gewürdigt wurden. Mit Peter Piot wurde diese Ehrung einem weiteren Leopoldina-Mitglied zuteil.