Paléontologue et paléoanthropologue, professeur honoraire au Collège de France, il commença très tôt à participer à des travaux de fouille et de prospection en Bretagne. À partir de 1960, il monta des expéditions au Tchad, en Éthiopie, puis en Algérie, en Tunisie, en Mauritanie, en Indonésie et aux Philippines. En 1965, il découvrit un crâne d’hominidé à Yaho (Angamma, Tchad) qu’il nomma alors Tchadanthropus uxoris en hommage au pays où il a été trouvé et considérant qu’il s’agissait d’un individu féminin. D’un âge estimé à un million d’années, ce fossile est aujourd’hui rapproché d’Homo erectus. En 1974, ce fut la découverte de Lucy. Ce squelette de femme préhistorique (des études récentes remettent en cause le sexe de cet individu), vieux de près de 3,2 millions d’années, portait officiellement le nom scientifique d’Autralopithecus afarensis, en référence à cette région de l’Afar, dans le nord-est de l’Éthiopie, où il fut découvert. Mais les membres de la mission franco-américaine qu’il codirigeait l’avaient rebaptisé Lucy en référence à un tube des Beatles (Lucy in the Sky with Diamonds) qui passait à la radio au moment de son exhumation. Il fut nommé directeur et professeur au Muséum national d’histoire naturelle en 1980, ainsi que directeur d’étude à l’École pratique des hautes études.

Il est inhumé en bordure de la 52e division, face à la 49e.

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