Bachelier ès lettres et philosophie et bachelier ès lettres et mathématiques en 1895, Henri Marchal est admis à l'École des beaux-arts, section architecture, dans l'atelier dirigé par Gaston Redon. Parallèlement, il donne des conférences dans les universités populaires et un cours du soir de dessin industriel à l'Association polytechnique.

Nommé Inspecteur des bâtiments civils du Cambodge en 1905, il effectue une mission en Thaïlande afin de préparer le projet d'une nouvelle légation de France. En 1910, il passe le Brevet de langue cambodgienne ; il est nommé conservateur-adjoint du musée de l'École à Phnom Penh, en tant que responsable de la nouvelle section des antiquités khmères. En 1912, il est affecté à Saigon, comme inspecteur des bâtiments civils de la Cochinchine.

En 1916, à la suite de la disparition de Jean Commaille, il est détaché auprès de l'EFEO pour assurer la direction de la Conservation d'Angkor. Il reprend tout d'abord l'œuvre de débroussaillement d'Angkor Vat et des principaux monuments construits à la périphérie de la Place royale (Bayon, Baphuon, Palais royal, Preah Pithu, etc). Cette mise en valeur de la zone centrale d'Angkor Thom est complétée par le repérage des très nombreux vestiges situés à l'intérieur ou à proximité immédiate de l'enceinte d'Angkor Thom (BEFEO 18). En 1919, Henri Marchal est nommé membre permanent de l'EFEO et Conservateur d'Angkor. Il poursuit le dégagement des douves d'Angkor Vat, en même temps qu'il entreprend des consolidations ponctuelles au Bakheng (1922-1929), au Baphuon, au Bayon, à la Porte de la Victoire, ainsi que dans des monuments légèrement excentrés comme le Preah Khan ou Bantey Kdei. Il prend cependant conscience des limites des méthodes de consolidation utilisées jusqu'alors et, en 1930, part à Java pour étudier les principes de l'anastylose auprès du service archéologique des Indes néerlandaises (BEFEO 30).

À son retour, il décide de les mettre en œuvre sur le temple de Bantey Srei, récemment découvert (1931-1933). Cette restauration est unanimement saluée. En 1933, Henri Marchal prend officiellement sa retraite et quitte la Conservation d'Angkor pour remplacer Henri Parmentier à la tête du service archéologique de l'EFEO. En 1938, sur le chemin du retour vers la France, il effectue un séjour à Ceylan et en Inde, dont il donnera un récit imagé dans le Souvenir d'un ancien conservateur d'Angkor.

Arrivé en France au début de la guerrre, il y restera jusqu'en 1946, année où il effectue une mission à Pondichéry pour prendre la direction du chantier de Virampatnam. Un an plus tard, il est rappelé pour assurer le remplacement de Maurice Glaize comme Conservateur d'Angkor et y reste six ans. Il restaure les édifices situés le long de la chaussée ouest d'Angkor Vat (1948) et travaille aussi à la Terrasse des Éléphants (1948), au Baphuon (1948), à Bantey Kdei (1950), au Prah Khan (1950) et à Thommanon (1950).

Après un bref séjour en France, il repart à Hanoi pour assurer temporairement la conservation du musée Louis Finot. En 1954, il est nommé conseiller technique des monuments historiques et chef du bureau de l'architecture au ministère des Travaux publics du Royaume du Laos, poste qu'il occupe jusqu'en 1957. C'est à cette date qu'il prend définitivement sa retraite et décide de rester au Cambodge. Il s'installe alors à Siem Reap, où il décède à l'âge de 94 ans.

La vie d'Henri Marchal se confond pendant près de quarante ans avec les travaux de restauration menés sur le site d'Angkor. Profondément attaché au Cambodge et à la conservation de son patrimoine, il a professionnalisé l'action de l'École, en appliquant aux monuments khmers les procédés développés en Grèce et à Java. Appelé à travailler sur de très nombreux monuments, il en a donné des descriptions précises, tant dans les Journaux et Rapports de fouilles que dans de très nombreuses monographies, qui sont un support indispensable à l'approche architecturale de bien des monuments.

Henri Parmentier passe sa jeunesse à Paris. Bachelier ès lettres et ès sciences en 1888-1890, il entre à l'École des beaux-arts, section architecture, en 1891. Attaché au service d'architecture de Tunis, il débute dans l'archéologie par un relevé et une restitution du temple de Saturne-Baal à Dougga (mention honorable au Salon des Artistes français, en 1896). Nommé pensionnaire-architecte de l'EFEO naissante, il débarque en novembre 1900 en Indochine, qui va devenir sa deuxième patrie. Sa première mission consiste en l'étude et la sauvegarde des monuments cam, très peu connus à l'époque et souvent confondus avec des temples khmers. Après un repérage complet, il entreprend avec Ch. Carpeaux de longues campagnes de fouilles sur les sites de Mi Son en 1903-1904, de Dong Duong, de Chanh Lô en 1905 et de restauration des temples de Po Nagar en 1905 et de Po Klaung Garai en 1908.

Ses études et relevés des monuments cam sont publiés dans l'Inventaire descriptif des monuments cams de l'Annam, dont le premier volume (description des monuments) paraît en 1909 et le second (étude de l'art cam) en 1918. Ils lui valent le Prix d'archéologie coloniale.

En 1904, il est nommé chef du service archéologique de l'EFEO et organise, en compagnie d'H. Dufour et Ch. Carpeaux, une première mission à Angkor. Les trois archéologues effectuent un relevé complet des bas-reliefs du Bayon. H. Parmentier obtient en 1905 le diplôme d'architecte dplg en présentant une étude sur un type d'habitat adapté aux conditions climatiques du Tonkin.

En novembre de cette même année, il organise la Conservation d'Angkor et, en 1908, l'installation des collections du musée de l'EFEO à Hanoi. Il réalise les plans du musée d'art cam de Danang, qui sera achevé en 1919 et agrandi en 1936. Le musée recevra officiellement, à cette occasion, le nom de musée Henri Parmentier.

En 1907, l'École commence un programme de travaux sur le site d'Angkor ; H. Parmentier met en place un programme de conservation des édifices. En 1911, l'étude des temples de Sambor (Kompong Thom), jusque-là considérés comme cam, l'amène à définir un nouvel art : l'art pré-angkorien. Il étudie, entre autres, les bas-reliefs du grand temple de Bantey Chmar, les temples de Vat Phu, de Vat Nokor, l'architecture khmère ancienne d'après les bas-reliefs du Bayon et, en collaboration avec L. Finot et V. Goloubew, en 1926, le temple de Bantey Srei.

En 1932, il dégage le temple du Krol Roméas sur le Phnom Kulen. Atteint par l'âge de la retraite, mais choisissant de continuer à travailler pour l'EFEO, il est nommé Chef honoraire du Service archéologique. En 1933, il décide de mettre à jour L'inventaire des monuments indochinois de Lunet de Lajonquière, mais sa santé affaiblie par ses nombreux séjours dans la brousse ne lui permet pas de poursuivre ce travail sur le terrain. Il se fixe alors définitivement au Cambodge et rédige un ouvrage sur l'art architectural hindou en Inde et en Extrême-Orient. Il consacre les dernières années de sa vie à la réalisation d'un travail sur l'art du Laos, mais le pillage de sa bibliothèque, lors de l'occupation japonaise, le prive d'une partie de sa documentation. Il meurt le 22 février 1949 à Phnom Penh.

Il avait assuré par deux fois la direction de l'EFEO par intérim : du 2 juillet 1909 au Ier novembre 1910 et du 7 mai 1918 au 8 décembre 1920, soit durant un total de trois ans. Outre ses travaux archéologiques, il rédigea de nombreux guides et catalogues : du musée de Phnom Penh (BEFEO 12), de celui de Hanoi (1915) et de celui de Tourane (BEFEO 19), guides « Henri parmentier » sur l'art de l'Indochine (1936, 18 fasc.) et guide d'Angkor (1950). Il publia également dans la revue de Hanoi, Indochine, en 1944, des « Souvenirs d'un vieil archéologue indochinois ».