Fill natural del cavaller Destouches i de Madame de Tencin. El 1739 publicà una Mémoire sur le calcul intégral, que li valgué d’ésser admès el 1741 a l’Académie des Sciences. Dos anys més tard publicà la seva obra fonamental, Traité de dynamique. Continuà dedicant-se a les investigacions científiques: Recherches sur les équinoxes (1749), Essai d’une nouvelle théorie sur la résistance des fluides (1752), els resultats de les quals foren publicats en Opuscules mathématiques (1761-80, 8 vols), on també figuren la Théorie générale des vents i diverses memòries sobre el càlcul de probabilitats i sobre la inoculació. Paral·lelament, fou nomenat codirector de l'Encyclopédie amb Diderot (1747), i s’encarregà de la part de matemàtiques i física. En el Discours préliminaire (1751), exposà les línies mestres de l’obra.
La seva actitud en la polèmica entorn de l’obra anà dirigida més a salvar la seva llibertat d’escriptor, que no pas a reivindicar l’esperit “enciclopedista”, com reflecteix l'Essai sur la société des gens de lettres (1753). Això no obstant, en els seus articles no pròpiament tècnics, així com els seus Avertissements (el del volum V és un elogi de Montesquieu), apareix com un crític agut de la societat del seu temps. Una sèrie de raons (motivades pel seu article Genève, poca remuneració pel seu treball, desacord amb Diderot i desig de separar-se'n per poder figurar com a “lloctinent” indiscutible de Voltaire i cap visible del grup "philosophe" creat entorn d’aquest, etc.) el feren abandonar la codirecció de l'Encyclopédie (1758). La seva reflexió filosòfica aparegué, sobretot, a Essai sur les éléments de philosophie, publicat el 1759 en la segona edició dels seus Mélanges de philosophie, d’histoire et de littérature (primera edició, 1753).
Amic dels sobirans il·lustrats (hi ha una abundosa correspondència amb Caterina II de Rússia i, especialment, amb Frederic II de Prússia, que li passava una pensió i que el tingué a la seva cort el 1763) i dels ministres de Lluís XV, fou nomenat secretari perpetu de l’Académie Française (1772). La seva posició ambigua li valgué l’apel·latiu de “Diògenes decent”, prou merescut per qui considerava que “la cosa pròpia de la veritable filosofia no és pas de forçar cap barrera, sinó d’esperar que les barreres s’obrin davant d’aquesta, o girar-s’hi quan no s’obren”. La seva aportació científica, influïda fonamentalment per Newton, se centrà, quant a la física, a resoldre el problema bàsic de la dinàmica (principi de D'Alembert); en matemàtiques, és essencial la seva formulació precisa del teorema fonamental de l’àlgebra.
Filosòficament, D’Alembert, influït per Bacon i Locke, fou qualificat com a “positivista” pel seu refús dels principis metafísics i de tota realitat transcendent, i alhora per la seva insistència a donar com a solament cognoscible el món fenomènic; en aquest sentit refusà també —en les seves obres destinades a la publicació— el mecanicisme i el materialisme; bé que en la seva correspondència molt sovint es declara ateu i materialista, la part central del seu pensament és la noció d’historicitat i la seva insistència en la unitat i el progrés de les ciències.
A la península Ibèrica, la seva obra ja fou força coneguda i divulgada al segle XVIII (per autors com Ignacio de Luzán, Joan Andrés o el duc d’Almodóvar, o per periòdics com el Diario de Barcelona), bé que també criticada (per Isla, per Fernández de Valcarce); influí decisivament en científics com l’aragonès Luis Rancaño.