Il fait ses études secondaires à Beaune, puis ses études de médecine à Paris, de 1849 à 1859. De 1869 à 1904, il est professeur au Collège de France, titulaire de la chaire d'Histoire naturelle des corps organisés. En 18592, il met au point son sphygmographe, et le présente à l’Académie des sciences en 1860, avec un collaborateur, Auguste Chauveau (1827-1917). L'appareil enregistre les battements artériels grâce à un kymographe sur papier noirci à la fumée ; c'est une amélioration de celui de 18533 de l’allemand Karl von Vierordt (1818-1884)4. En 1870, il commence à construire des oiseaux mécaniques, en 1874 il a un assistant, Victor Tatin(en) (1843-1913), qui comme lui est fasciné par les possibilités du vol mécanique5. Il rencontre aussi Alphonse Pénaud (1850-1890), qui lors d'une conférence à la Société française de navigation aérienne, fin 1873, pour l'étude théorique du vol des oiseaux, imagine un appareil photographique qui pourrait prendre plusieurs épreuves successivement à quelques centièmes de seconde d'écart6. En 1878, il devient membre de l'Académie des sciences au fauteuil de Claude Bernard. Son intérêt se porte sur l'étude du mouvement chez les êtres vivants. Aussi, après la découverte des travaux de Muybridge, qu'il rencontre en 1881, il va utiliser la photographie comme outil pour ses recherches. Il est à l'origine de l'Institut portant son nom7,8. En 1888, il assure la présidence de la Ligue nationale de l'éducation physique créée cette même année à l'instigation de Paschal Grousset.
