巴斯德出生于法国多勒（Dole）。早期研究化学，1843～1846年就读于巴黎高等师范学校，1847年以化学及物理学论文取得博士学位。1847年，巴斯德研究了酒石酸的旋光性，发现了酒石酸的左旋和右旋现象，经过10年的研究后提出了分子不对称理论，开创了立体化学研究的新领域。1854～1857年，他在担任里尔大学（Université Lille）理学院院长和化学教授期间，研究发酵过程，发现某些细菌能够导致乳酸发酵，1854年证明了发酵是微生物活动的结果，开创了发酵的生物学理论，建议采用纯种微生物进行发酵，控制发酵的理化条件，提出用加热法（50～60℃）来消灭酒、醋等成品中的杂菌，即巴斯德氏消毒法，为当时酿酒业的发展做出了突出的贡献。此后，其研究兴趣从化学转到了微生物领域，开创了微生物领域研究的黄金时代，成为19世纪晚期微生物学和早期免疫学发展的奠基人。1860年他证明营养液仅在接触不净空气后才会变质；微生物来自空气，并非自然发生。1865年研究当时流行的蚕病，建议用去除病卵的方法抑制微生物感染的流行。

从1877年开始，巴斯德开始研究人畜的各种传染病，包括炭疽病、气性坏疽、禽霍乱、猪丹毒和狂犬病等，寻找这些传染病的病原体。1879年发现在一定条件下生长的鸡霍乱菌不复致病，但可诱发免疫力。1881年制备出减毒炭疽疫苗。巴斯德成功地分离并在体外培养了炭疽杆菌，开展了细致的研究。在此之前，科学家们虽然已经认识到了感染性疾病可能是由病原微生物引起的，但是当时还是认为病原微生物是自发产生的，而且具有随意变化种类的能力。巴斯德的实验结果完全否定了这种观点，证明了病原微生物的客观存在性、特异性和相对稳定性，创建了微生物学的基本理论，为微生物学和免疫学的发展奠定了重要的理论基础。

1880年，巴斯德成功分离了禽霍乱弧菌，并且通过体外培养得到了弱毒性菌株，经动物实验证明了这种毒性减弱后的菌株注射到禽类后不会导致疾病，但是却能够让禽类获得针对禽霍乱的免疫力。巴斯德在一次度假之前，让他的助手——法国微生物学家C.钱伯兰^[注]将培养的禽霍乱弧菌注射到鸡体内，但是钱伯兰也去度假了，等他们度假回来后，体外培养的禽霍乱弧菌差不多已经有一个月了。当钱伯兰将这些细菌注射到鸡体内后，虽然也有相应的症状出现，但并没有导致死亡。钱伯兰认为肯定出错了，想将培养的这种细菌扔掉。但巴斯德阻止了他，认为这种恢复后的鸡很可能获得了针对禽霍乱的免疫力。随后，巴斯德给鸡注射了野生型细菌，此鸡并没有感染禽霍乱。自此，巴斯德用实验的方法证明了获得性免疫这一现象，并且制备得到了禽霍乱疫苗。

基于此现象，巴斯德提出了获得性免疫的耗尽理论^[注]。他发现培养基中增殖的细菌，开始时增殖活跃，一段时间后增殖速度明显减弱，且最终将停止增殖。如果此时去除该培养基中的细菌，加入其他的细菌，这些细菌仍能够增殖，但如果加入的是同种细菌，那么这些细菌就无法继续增殖。巴斯德认为，每一种细菌都需要某种特殊的营养物质，当培养基中的这种特定的营养物质被特定的细菌消耗完毕时，这些细菌就无法增殖了。人体就好比一个大的培养基，细菌增殖所需的特定营养物质是有限的，第一次感染时就会消耗完这种细菌所需的特定的营养物质，就无法提供同种细菌再次感染所需了，机体也因此获得针对这种细菌感染的免疫力。虽然这个理论并不正确，但是它促进了获得性免疫理论的发展。

继禽霍乱疫苗成功后，巴斯德开始研究炭疽杆菌疫苗，通过高氧培养得到了弱毒性的炭疽杆菌株，用于接种预防炭疽病，取得了理想的效果。此后，他进行了狂犬病的研究，这是他最重要的一项科学研究。他将狂犬病患者的唾液注射到兔子体内，使兔子感染狂犬病，然后获取感染兔子的神经组织，通过干燥的方法减弱病毒的活性，制成了可供预防免疫的狂犬病疫苗。1885年，巴斯德给一名受狂犬咬伤的9岁儿童试用了这一疫苗，取得了成功，在当时被誉为“最杰出的科学成果”。1888年，著名的巴斯德研究所成立，该研究所最初是狂犬病的研究中心，巴斯德担任第一任所长，直至1895年去世。巴斯德研究所在19～20世纪的微生物学发展中起了重大作用。

巴斯德于1868年首次中风导致偏瘫，此后仍积极筹划实验，只是操作更多依赖助手。1887年再次中风后体力渐衰，至1895年逝世时已近完全瘫痪。他在世时备受荣誉，被认为拯救了法国的酒业和蚕丝业。他建议的方法，其基础实为民间做法，但经他用科学实验说明其原理并加以改进之后，受到了国内外的重视和推广。他晚年研制的减毒疫苗亦造成极大影响。他为人固执自信甚至偏激狭隘，好与人争论发明先后。但他却是位优秀的实验工作者，在具体工作中头脑清晰，坚毅顽强。他的一些重要发现带有偶然性，但正如他所说：“机运只偏爱有准备的头脑。”他一生的研究路线，由有机物的旋光性、发酵、疾病，直到制出疫苗，内在联系明显。微生物学有两个主要奠基人：发明纯培养法的德国医生、细菌学家R.科赫（Robert Koch，1843～1910）生物学造诣深，在微生物的形态研究及分类方面贡献很大；而巴斯德原学化学，他更重视由功能角度研究微生物，在免疫学上迈出主要的一步。两人长处的互补，使此后的微生物学得以沿着平衡的道路发展下去。