С 1894 работал прозектор на кафедре сравнительной анатомии, эмбриологии и гистологии Вюрцбургского университета.
В 1896 году разработал методику окраски при помощи гематоксилина (т. н. окраска по Гейденгайну).
С 1917 Тюбингенский университет, профессор анатомии.
Исследовал микроскопическое строение клетки, обнаружил центросомы в покоящихся клетках, использовав свою методику окраски. Написал известные в научном мире труды о строении ядра клетки, мышечной ткани сердца, мышечных волокон. В 1907—1911 гг. в работе «Плазма и клетка» Гейденгайн критиковал клеточную теорию Р. Вирхова, считая ее трактовку механистической. Он считал, что жизнедеятельность организма нельзя сводить к арифметической сумме проявлений отдельных клеток.
Гейденгайн предложил теорию «дробности частей тела», утверждая, что организм составляют системы высшего и низшего порядка. В теории, которую Гейденгайн называл синтезиологией, он пытался противопоставить целостность организма его расчленённости.