Estuda ciências na Escola Politécnica e engenharia na Escola de Pontes e Estradas. Em 1894 torna-se engenheiro-chefe do Departamento de Pontes e Estradas. No ano seguinte assume a cadeira de física na Escola Politécnica, como assistente do pai, Alexandre-Edmond Becquerel, e começa a estudar a radiação e o espectro de diversos cristais fosforescentes.
Entre 1896 e 1898 publica oito estudos sobre a relação entre a absorção da luz e a fosforescência em alguns compostos de urânio. Em 1899 é nomeado membro da Academia de Ciências. Divide o Prêmio Nobel de Física com o casal Curie, em 1903, pelas descobertas sobre a radiação.
Também é dele a medida do desvio das partículas beta, constituintes da radiação, em campos elétricos e magnéticos; e a teoria que explica a transformação espontânea de um elemento químico em outro. Morre em La Croisic, na região oeste da França.