Усманходжаев Х.Х. родился в Ташкенте в семье садовника. После окончания средней школы трудился на авиационном заводе №84 имени В.П.Чкалова Министерства авиационной промышленности СССР на различных рабочих должностях. Участник трудового фронта. В 1946-1950 годах учился в Ташкентском текстильном институте (ТТИ). После окончания работал начальником научно-исследовательского сектора этого же института.
В 1952-1954 г.г. – аспирант Института машиноведения Академии наук СССР (Москва), где научным руководителем был академик И.И.Артоболевский. После защиты кандидатской диссертации с 1954 года ассистент, старший преподаватель, доцент, декан факультета в Ташкентском текстильном институте. Все эти годы работает над переводом с русского языка на узбекский понятий и значений терминов, используемых в теоретической механике. В 1961 году им был выпущен учебник "Теория механизмов и машин" на узбекском языке, который стал основным пособием для подготовки инженерных и инженерно-педагогических кадров для республики.
С 1961 года до конца своей жизни Х.Х.Усманходжаев работал в Институте механики и сейсмостойкости сооружений имени М.Т.Уразбаева Академии наук Узбекистана. Здесь им была основана научная школа по теории механизмов и машин хлопкопромышленного комплекса, получившая широкое признание в стране и за рубежом. Были созданы ряд научно-исследовательских лабораторий по этим направлениям.
В 1965 году Х.Х.Усманходжаев защитил докторскую диссертацию, в 1967 году стал профессором, в 1968 году избран членом-корреспондентом, в 1984 году академиком Академии наук республики.
Академик Х.Х.Усманходжаев внес существенный вклад в развитие общей теории механизмов и машин, становление и развитие теории машинной уборки хлопка-сырца. Ему принадлежит разработка фундаментальных основ теории кинематической пары динамичной конструкции эпициклических механизмов переменной структуры, получившая приложение к созданию самоочищающегося шпинделя хлопкоуборочных машин. Результаты научных исследований и разработок стали дополнениями к учебнику, который переиздавался в 1972 и 1984 годах.
Х.Х.Усманходжаев – автор 5 монографий, 100 изобретений и более 300 научных и научно-популярных брошюр и статей по актуальным проблемам теории механизмов и машин. Им подготовлено 8 докторов наук и 30 кандидатов наук.
За заслуги в развитии науки, подготовке высококвалифицированных кадров и многогранную общественную деятельность Х.Х.Усманходжаев награжден орденами и медалями, ему присвоено почетное звание "Заслуженный деятель науки Узбекской ССР". Является лауреатом Государственной премии имени Беруни в области науки и техники.
В музее Ташкентского текстильного института имеется раздел, посвященный жизни и научно-педагогической деятельности академика Х.Х.Усманходжаева. Учреждены именные стипендии его имени для студентов-отличников.