Henri Neuville entre au Muséum comme élève en 1890. Il devient trois ans plus tard préparateur auxiliaire (puis titulaire en 1897) auprès de Georges Pouchet au Laboratoire d’Anatomie comparée. Sous la responsabilité d’Henri Filhol, titulaire de la chaire d’Anatomie comparée depuis 1894, il réalise des préparations splanchnologiques et révise les collections des anciennes galeries pour leur installation dans le nouveau bâtiment construit en 1897 par Ferdinand Dutert.

En 1921, candidat malheureux au poste de professeur titulaire de la chaire, il devient assistant.

Il obtient le poste de directeur adjoint du Laboratoire de Zoologie comparative de l’Ecole pratique des Hautes Etudes en 1924.

Parallèlement à ces activités, Henri Neuville a été secrétaire de l’Institut de Paléontologie humaine de 1911 à 1946.