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.