Als Sohn eines Volksschullehrers im rheinhessischen Wonsheim geboren, besuchte Bechtolsheimer ab dem 12. Lebensjahr das Gymnasium in Bad Kreuznach. Schon als Oberprimaner schrieb er Artikel für die „Deutsche Zeitung“ zu München. In Gießen studierte Bechtolsheimer anschließend protestantische Theologie und erhielt 1894 seine erste Pfarrstelle in Lampertheim. Von 1899 bis 1907 wirkte er als Vikar der Landgemeinde Mainz.
Von 1907 bis 1938 war Heinrich Bechtolsheimer Pfarrer der Lukasgemeinde in Gießen. Seinen Lebensabend verbrachte er bei seiner Tochter in Hannover. Dort verstarb er 1950, wurde jedoch seinem Wunsch gemäß auf dem heimatlichen Wonsheimer Friedhof bestattet.
Im Geburtsort Wonsheim gibt es den „Freundeskreis Heinrich Bechtolsheimer“, der die Erinnerung an den Heimatdichter und sein Werk pflegt. Dort und in Mainz ist jeweils eine Straße nach ihm benannt. Zur Erinnerung an den bedeutenden Sohn der Gemeinde wurde 2009 in Wonsheim außerdem die „Heinrich-Bechtolsheimer-Plakette“ als Auszeichnung für verdiente Bürger geschaffen. An seinem Geburtshaus befindet sich eine Gedenktafel mit Porträtrelief.
Heinrich Bechtolsheimer war heimatgeschichtlich stark interessiert. Schon als Schüler begann er mit seinen Forschungen und hörte zeitlebens nicht mehr damit auf. Während seiner Zeit an der Mainzer Friedenskirche entstanden die beiden Hauptwerke „Zwischen Rhein und Donnersberg“ (1903) sowie „Das Hungerjahr“ (1907). Sie gehören zum Schönsten was die rheinhessisch-pfälzische Heimatdichtung an historischen Erzählungen hervorgebracht hat.
Beide Bücher spielen im frühen 19. Jahrhundert und behandeln die napoleonische Zeit bzw. die sich anschließende Epoche im rheinhessisch-pfälzischen Grenzgebiet um Wonsheim und Niederhausen an der Appel. Bechtolsheimer schildert darin lebendig und packend, Brauchtum, Leben, Freud und Leid der dörflichen Bevölkerung, eingebettet in den Rahmen der aufregenden Zeitereignisse. Die Erzählungen machten den Autor auch überregional bekannt.
Eine Auswahl seiner Werke:
- Zwischen Rhein und Donnersberg (1903)
- Rheinhessen zur Zeit der Franzosenherrschaft 1792-1814 (1905)
- Das Hungerjahr (1907)
- Geschichten aus der Pfalz und ihrer Nachbarschaft (1914)
- Die Provinz Rheinhessen in den beiden ersten Jahrzehnten ihres Bestehens
- Beiträge zur rheinhessischen Geschichte. Festschrift der Provinz Rheinhessen zur Hundertjahrfeier 1816-1916 (1916)
- Rheinisches Land und Rheinische Leute (1926)
- Weizenähre, Rebenblatt und Tannenzapfen (1926)
- Erinnerungen eines Diasporapfarrers (1928)
- Die Dorfchronik von Wonsheim. In: 100 Jahre Freiwillige Feuerwehr Wonsheim (1991)