Sergent a l’escola militar d’alta muntanya de Chamonix, des del 2008 forma part de l’equip francès militar d’esquí. Des de molt jove començà a practicar les diverses modalitats d’esquí, i destacà en el biatló. Des del 2009 competeix en la categoria sènior. En el Campionat del Món de biatló del 2011 guanyà la medalla d’or en la modalitat de persecució i la medalla d’argent en la d’esprint. Guanyà la medalla d’or en el Campionat del Món del 2012 en aquestes modalitats, i també en la de sortida en grup, i la d’argent en relleus. En el Campionat del Món de 2013 aconseguí l’or en la prova individual i l’argent en els relleus mixtos, la persecució, l’esprint i els relleus 4 x 7,5 km. Tornà a aconseguir l'or en la prova individual i l'argent en el relleu mixt en els Campionat del Món del 2015, en els de 2016 obtingué l'or en esprint, persecució i relleu mixt i en els del 2017 guanyà l'or en persecució, l'argent en relleu i relleus mixtos i el bronze en individual i sprint. Als Jocs Olímpics d’Hivern de Vancouver (2010) fou medalla d’argent en sortida en grup, als de Soči (2014) guanyà medalles d’or en les modalitats individual i de persecució, i d'argent en sortida en grup, i als de Pyengchang (2018) obtingué la medalla d'or en persecució, sortida en grup i relleus mixt.
El seu germà Simon Fourcade (Perpinyà, 25 d’abril de 1985) és també un destacat biatleta. Entre altres títols, guanyà la copa del món en la temporada 2011-12 en classificació individual i la medalla d’or al Campionat del Món en relleus mixtos (2009).