Fisico, biologo e chimico francese. Di origini borghesi benestanti (il padre era magistrato e la madre commerciante), inizia gli studi nella città natale prima di passare al Lycée St. Louis di Parigi. Si iscrive quindi contemporaneamente all'Ecole Polytechnique e all'Ecole Normale Superieure, presso la quale proseguirà e concluderà gli studi.
Nel 1862 diviene assistente di laboratorio di Louis Pasteur, del quale sarà stretto collaboratore per tutta la sua carriera. È docente universitario a Tours (1865), Clermont-Ferrand (1866), Lione (1873) e Parigi (1878). Contemporaneamente tiene corsi di meteorologia e fisica. Alla morte di Pasteur assume la direzione dell'Istituto omonimo, carica che terrà dal 1895 al 1904.
Autore assai prolifico, scrisse tra l'altro un trattato di microbiologia [Traité de microbiologie (1898-1901)], Ferments et maladies (1882), Pasteur. Histoire d'un esprit (1896), L'hygiène sociale (1902).
Nel 1898 prende parte attivamente alla difesa di Alfred Dreyfus e alla fondazione della Ligue française pour la défense des droits de l'homme et du citoyen, di cui è nominato vice presidente. Fu membro dell'Académie des sciences, nella sezione di Economie rurale (1888) e Direttore dell'Ecole des Hautes Etudes Sociales di Parigi (cfr. L'enseignement de sciences sociales. Compte rendu des séances et texte des mémoires, Paris, Alcan, 1901, p. 3, 10), presso la quale Pareto tenne alcune lezioni sull'economia politica nel novembre del 1901.