وی تحصیلات خود را تا اخذ مدرک دکترا از دانشگاه تهران در تهران ادامه داد سپس برای ادامه تحصیل به آمریکا رفت. در آنجا موفق به اخذ دکترای شیمی از دانشگاه فلوریدا در گینزویل شد و فوق دکترا در رشته شیمی معدنی را از دانشگاه فلوریدا کسب کرد.
وی استادیار دانشگاه مرسر جورجیای آمریکا بود و پس از عزیمت به ایران به عنوان عضو هیئت علمی و استاد دانشگاه تربیت معلم مشغول به کار شد.
حسین آقابزرگ علاوه بر تدریس به مطالعه و تحقیق نیز اهمیت فوق العاده‌ای می‌داد به طوری که در سال 1373به عنوان استاد نمونه دانشگاه تربیت معلم تهران انتخاب شد و عنوان پژوهشگر برگزیده نوزدهمین جشنواره بین‌المللی خوارزمی در سال 1384 و پژوهشگر برتر کشوری در هفتمین جشنواره پژوهش و فناوری کشور در سال 1385 را از آن خود کرد.
طی آخرین آمار رسمی موسسه جهانی اطلاعات علمی، در سال 2010 ، حسین آقا بزرگ با دارا بودن 250 مقاله علمی - پژوهشی در نشریه‌های معتبر داخلی و خارجی، وی را در جمع یک درصد نخست پژوهشگران جهان در رشته‌های مختلف علمی قرار داد و در زمره برترین دانشمندان بین المللی شناخته شد.
حاصل این مطالعات و تحقیقات، تالیف بیش از 28 عنوان کتاب در مقاطع کارشناسی و کارشناسی ارشد و دکترا و ارائه 14 مقاله در کنگره‌های داخلی و خارجی است.
حسین آقا بزرگ در سال 1389 در سن 62 سالگی به علت بیماری سرطان از دنیا رفت.