החל לשמש כרבה של וולוז'ין ככל הנראה בשנת ה'תקל"ד (1774). לאחר כחמש עשרה שנות רבנות עבר לכהן כרב בוילקומיר, אך חזר לוולוז'ין לאחר שנה אחת בלבד בעקבות התנגדות בקהילה, והמשיך לשמש כרבה עד פטירתו.בראשית המאה ה-19, לאחר פטירת רבו, ייסד ר' חיים את ישיבת עץ חיים בוולוז'ין ובכך הפך לאבי הישיבות הליטאיות הגדולות. לקראת ייסודה של הישיבה, יצא בשנת ה'תקס"ב, במכתב גלוי אל "אוהבי התורה" בליטא, ובו קרא להרים את קרן לימוד התורה והישיבות. ב"קול הקורא להקמת הישיבה", כתב כי אינו ראוי להיחשב כתלמידו של הגאון מווילנה: "ואנוכי שמעתי שנקרא עלי שם רבנו הגדול וכו', וזכיתי להיקרא בשמו הטוב עלי לומר תלמידו, וראיתי חובה לעצמי להודיע בישראל נאמנה וכו', שכל האומר כן אינו אלא טועה גמור וכו'. ובמקצת הימים אשר זכיתי לשמש אותו, לא זכיתי ממנו אלא לידע צורתא דשמעתא אחר יגיעה." בהקדמה לביאור הגר"א על שולחן ערוך חלק אורח-חיים, מונים בני הגר"א, רבי יהודה לייב ורבי אברהם, את ר' חיים כראש וראשון לתלמידי הגר"א. ספרו הידוע ביותר הוא "נפש החיים", בתו של ר' חיים, אסתר, נישאה לר' הלל פריד מגרודנא שלימד בישיבת וולוז'ין לצד חמיו; בתו רלקא נישאה לר' יוסף סולובייצ'יק אב"ד וילייאמפול וקובנה. בנם, רבי יצחק זאב סולובייצ'יק היה רב העדה בקובנא (וכנראה אף בעיר ניסוויזש קודם לכן), ונכדם היה רבי יוסף דוב הלוי סולובייצ'יק (בית הלוי), אבי שושלת בית בריסק. בזיווג שני היא נישאה לרבי משה כהנא שפירא, ונכדם הוא רבי זלמן סנדר כהנא שפירא אבי רבי אברהם דוב כהנא שפירא רבה של קובנה ובעל הדבר אברהם. בתו של רבי משה מזיווגו הראשון נישאה לאחיה החורג יצחק זאב סולובייצ'יק, בנה של רלקא מזיווגה הראשון. ספריו:נפש החיים - ספר בארבעה שערים בנושאים אמוניים.רוח חיים - פירוש על מסכת אבות, בפירוש זה מביא אף מדברי אחיו רבי זלמן.שו"ת חוט המשולש
משנתו: