Llicenciat en física per la Universitat d’Ais-Marsella (1961), hi cursà estudis avançats (1962) i s’hi doctorà (1968). El 1969 s’incorporà al Centre d’Études de Saclay (CEA Saclay), on desenvolupà la major part de la seva carrera científica fins a la jubilació l’any 2002. Posteriorment ha estat investigador visitant al Brookhaven National Laboratory i, des del 2005, professor de física a la Ohio State University.
Des de la dècada de 1970 investigà la interacció entre la llum làser intensa i la matèria. El 1979 participà en les primeres observacions experimentals de la ionització multifotònica en gasos sotmesos a camps làser intensos. A partir de la dècada de 1990 contribuí al desenvolupament de tècniques per a generar i caracteritzar polsos de llum extremament breus. El 2001 aconseguí produir i mesurar trens de polsos de llum de només 250 attosegons (10-18s) de durada, una fita que permeté observar els moviments dels electrons dels àtoms i les molècules.
Les seves aportacions a l’estudi de la dinàmica dels electrons en la matèria, juntament amb les d’Anne L’Huillier i Ferenc Krausz establiren les bases de la física de l’attosegon, una disciplina que ha fet possible estudiar processos electrònics fonamentals que tenen lloc en escales de temps extraordinàriament curtes. Aquestes tècniques han obert noves perspectives en camps com la física atòmica, l’electrònica i el diagnòstic mèdic. El 2023, compartí amb Huillier i Krausz, el premi Nobel de física.