1883. június 24-én született a monarchiabeli Stájerországban, Schloss Waldsteinben. A grazi egyetemen tanult, 1906-ban a Bécsi Egyetemen doktorált. 1910-től az Osztrák Tudományos Akadémia bécsi rádiumkutatási intézetében dolgozott. Kutatásai során elsősorban a radioaktivitás és a légköri elektromosság foglalkoztatta. 1911-13 között léghajó segítségével a magas hegyekben vizsgálta a légkör elektromos vezetőképességét. Speciális elektroszkópokkal felszerelkezve tíz léghajós felszállást hajtott végre, nem csekély személyes kockázatot is vállalva, egészen 5 km-es magasságig emelkedett. Észlelései szerint a magassággal a háttérsugárzás intenzitása először csökkent, majd újból növekedni kezdett. Egyik felszállását teljes napfogyatkozás idején hajtotta végre, ám a sugárzás intenzitása ekkor sem csökkent. Ez kizárta a sugárzás forrásai közül a Napot. Arra a következtetésre jutott, hogy a sugárzás forrása a Földön és a Napon kívül keresendő. Kísérleteivel igazolta a régi gyanút, miszerint Földön kívüli eredetű, rendkívüli áthatolóképességű sugárzás járja át a légkört. A jelenséget 1925-ben Robert A. Millikan nevezte el kozmikus sugárzásnak. A sugárzás további vizsgálata vezette el Carl D. Anderson amerikai fizikust 1932-ben a pozitív töltésű elektron, a pozitron felfedezéséhez, új kutatási területeket nyitva meg a modern fizikában. A fizikai Nobel-díjat Hess megosztva, Andersonnal kapta meg 1936-ban. Hess 1920-ban feleségül vette a zsidó származású Marie Bertha Warner Breiskyt, majd a következő évben az Egyesült Államokba utazott, a US Radium Corporation munkatársaként, illetve az amerikai bányászati hivatal fizikus konzultánsaként dolgozott. 1923-ban visszatért a Grazi Egyetemre, ahol 1925-ben a kísérleti fizikai rendes tanárává nevezték ki. 1931-ben az Innsbrucki Egyetem professzora, a Radiológiai Intézet Igazgatója lett. 1938-ban a zsidóüldözés elől menekülve az Egyesült Államokban telepedtek le. A New York-i Fordham magánegyetem professzorává nevezték ki, 1944-ben amerikai állampolgárságot kapott. Felesége 1955-ben rákban meghalt, még abban az évben elvette felesége ápolónőjét, Elizabeth M. Hoenke-t. 1946-ban My Faith címmel írta meg a tudomány és a hit kérdéseit taglaló értekezését, amelyben kifejtette, hogy miért hisz Istenben. 1958-ban vonult nyugdíjba. Parkinson-kórban szenvedett, 81 éves korában, 1964. december 17-én Mount Vernonban halt meg. 2014. 12. 13.