De Sitter belajar matematika di Universitas Negeri Groningen dan kemudian bergabung dengan laboratorium astronomi di sana, Laboratorium itu dibimbingan JC Kapteyn, De Sitter mengembangkan keinginan untuk astronomi.[1] De Sitter menghabiskan tahun 1897 sampai 1899 di Cape ObservatoryAfrika Selatan dan setelahnya Ia mengabdikan dirinya untuk astronomi.[1] Pada awal kariernya de Sitter menganalisis gerakan empat satelit Jupiter besar Galilea untuk menentukan massanya masing-masing.[1] Pengalamannya dalam mekanika langit terbukti berguna dalam 1916-1917, ketika ia menerbitkan serangkaian tulisan di London pada saat itu ia menggambarkan konsekuensi astronomi dari teori umumnya relativitas milik Einstein.[1] Pada tahun 1908 de Sitter menjadi profesor astronomi di Universitas Leiden.[2] Makalah teorinya membangkitkan minat Inggris, kemudian ekspedisinya dipimpin oleh Arthur Eddington pada tahun 1919 untuk mengamati gerhana matahari dan untuk mengukur defleksi gravitasi sinar cahaya yang melintas dekat Matahari.[2] Pada tahun 1919 de Sitter menjadi direktur Observatorium Leiden.[2]