Henry Vieuxtemps s’est également imposé en tant que chambriste, reconnu tant en Belgique qu’à l’étranger. Le critique musical Maurice Kufferath (1852-1919) fait remarquer que, contrairement à Henryk Wieniawski, Vieuxtemps réussit à brider sa virtuosité au profit de la musique et des musiciens avec lesquels il joue.

Sa passion pour la musique de chambre s’éveille en interprétant des duos et des quatuors de Pleyel. Dès l’âge de dix ans, il découvre, grâce à sa professeur de piano et à la cantatrice Pauline Viardot, les quatuors à cordes et les sonates de Haydn, Mozart, Schubert et Beethoven. L’œuvre de ce dernier exerce une influence déterminante sur sa carrière musicale.

Vieuxtemps fait partie de divers ensembles aux côtés de musiciens de haut vol tels que la soprano florentine Carlotta Patti et le violoncelliste originaire de Bergame Alfredo Piatti.

Durant ses années d’enseignement au Conservatoire de Bruxelles, il forme un trio avec deux de ses collègues, le pianiste Louis Brassin et le violoncelliste Joseph Servais. Cette phalange s’affirme comme une valeur sûre de la vie musicale bruxelloise et ce en dépit du fait qu’elle n’hésite pas à introduire au programme des œuvres de compositeurs contemporains moins familiers du grand public.

Vieuxtemps organise lui-même des concerts de musique de chambre, contribuant à faire redécouvrir les quatuors à cordes de Mozart, Haydn et Beethoven. Ces concerts, qui prennent place dans les salons parisiens, attirent les mélomanes et s’imposent comme des événements artistiques de premier plan ; des œuvres inédites de Brahms y sont également proposées. Au cours des dernières années de sa vie, lorsqu’il réside à Mustapha (Algérie), Vieuxtemps reste un promoteur passionné de la musique de chambre.