Né à Auxerre le 19 octobre 1833, il y passe son enfance et fait ses études secondaires au lycée Jacques Amyot. Puis il se tourne vers des études de droit de 1853 à 1857 qui le mèneront à la licence et au doctorat en droit , non sans s'intéresser, déjà, aux sciences puisqu'il adhère dès 1855 à la jeune Société des Sciences de l' Yonne pour contribuer à un travail sur la zoologie.

En 1857, il s'inscrit à la faculté de médecine, se passionne pour les sciences naturelles et fait la rencontre de l'un de ses deux grands maîtres, Claude Bernard. Licencié en sciences naturelles en 1860, il devient préparateur au cours de médecine expérimentale et soutient sa thèse de médecine sur la greffe animale en 1863. Approfondissant ce travail sur la vitalité propre des tissus animaux, il soutient un doctorat en sciences naturelles en 1866 et se trouve alors chargé de cours de zoologie et de physiologie à Bordeaux.

L'année suivante, il est chargé de cours de physiologie au Muséum national d'histoire naturelle de Paris et, en 1869, il succède à Claude Bernard ( dont il était l'assistant ) à la chaire de physiologie de la Sorbonne. L'année terrible de 1870, la chute de l'empire et la guerre contre la Prusse le tournent plus résolument vers la politique, non qu'il s'en soit désintéressé auparavant puisqu'il avait déjà publiquement moqué les bonapartistes ( en 1857 ), défendu les libertés (dans un article de " La Constitution " en 1862 ) et lutté à partir de 1886, en tant que professeur, pour que la science triomphe de l'obscurantisme religieux et contre la tutelle de l'Eglise sur l'Université.

Mais, dans le trouble des événements de 1870, il fait la rencontre de celui qu'il considéra comme son second grand maître, Léon Gambetta. En septembre 1870, il est nommé secrétaire général de la préfecture de l' Yonne, adjoint au préfet Hippolyte Ribière. Il animera pour l'Yonne un comité de défense et d'armement.

Candidat républicain, il est élu en septembre 1871 comme conseiller général du canton d'Aillant sur Tholon. Il ne néglige pas pour autant sa vie scientifique puisqu'il reprend ses cours à la Sorbonne en mars 1871 et mènera désormais de front sa carrière scientifique et politique.                                   

Ses premiers travaux concernant l'incidence des variations de la pression sur la respiration seront menés de 1871 à 1874 et ils aboutiront à la publication, en 1878, de son grand ouvrage sur la Pression barométrique. Entre temps, il est élu député de l' Yonne en juin 1872 ( il le sera sans interruption jusqu'à sa mort ) et s'inscrit à l'Union républicaine animée par Gambetta.

A la Chambre, comme député ou rapporteur de la commission sur l'enseignement, il va constamment oeuvrer pour la mise en place de l'instruction publique, pour la gratuité, l'obligation et la laïcité de l'enseignement primaire, pour la création d' Ecoles Normales de jeunes filles, pour l'organisation de l'enseignement supérieur.

Suite à la parution de la " Morale des Jésuites", il va aussi prendre une part importante dans la lutte anticléricale. L'année 1881 marque à la fois sa consécration en tant que savant puisqu' il sera élu à l' Académie des sciences et la reconnaissance de son rôle politique éminent puisque Gambetta le sollicite dans son "grand ministère" comme Ministre de l'Instruction publique et des cultes (4 novembre 1881 - 26 janvier 1882). Il fait paraître dans cette période de nombreux ouvrages scolaires, d'enseignement scientifique élémentaire ou d'instruction civique, de même qu'il continuera à faire publier jusqu'à sa mort des manuels d'histoire naturelle ou de géométrie.

A la mort de Gambetta, en décembre 1882, Paul Bert lui succède comme président de l'Union républicaine et il va dès lors tout spécialement militer en faveur d'une politique coloniale. Un voyage en Algérie lui permet d'affiner ses vues sur la question et, en décembre 1885, il obtient grâce à un brillant plaidoyer à la Chambre le maintien de la France au Tonkin.

En janvier 1886, il est nommé Résident général en Annam et au Tonkin et part immédiatement à Hanoï en vue d'organiser le protectorat. Il y déploie une intense activité à laquelle sa santé ne résistera pas. Il meurt en poste au Tonkin le 11 novembre 1886 et le 15 janvier 1887 des obsèques nationales lui rendent à Auxerre un solennel hommage. Il repose depuis lors au cimetière Saint Amâtre d'Auxerre à l'ombre d'un admirable monument funèbre dû au sculpteur Bartholdi, l'auteur prestigieux de la statue de la Liberté du port de New-York, du non moins célèbre "Lion de Belfort"et de la fougueuse fontaine "Char triomphal de la Garonne", place des Terreaux à Lyon.