Antoine Henri Becquerel se narodil 15. prosince 1852 v Paříži jako člen významné vědecké rodiny. Jeho otec Alexander Edmond Becquerel byl profesorem aplikované fyziky a zabýval se výzkumem slunečního záření a fosforescence, zatímco jeho dědeček Antoine César byl členem Královské společnosti a vynálezcem elektrolytické metody získávání kovů z rud. V roce 1872 nastoupil na polytechniku, v roce 1874 na vládní oddělení Ponts-et-Chaussées, v roce 1877 se stal ingénieurem a v roce 1894 byl povýšen na ingénieur-en-chef. V roce 1888 získal titul docteur-ès-sciences. Od roku 1878 působil jako asistent v Přírodovědeckém muzeu a po svém otci převzal katedru aplikované fyziky na Conservatoire des Arts et Metiers. V roce 1892 byl jmenován profesorem aplikované fyziky na přírodovědném oddělení pařížského muzea. Profesorem na polytechnice se stal v roce 1895.
Becquerelovy první práce se týkaly rovinné polarizace světla, jevu fosforescence a absorpce světla krystaly (jeho doktorská práce). Zabýval se také tématem zemského magnetismu. V roce 1896 jeho předchozí práce zastínil objev jevu přirozené radioaktivity. Po diskusi s Henri Poincarém o záření, které nedávno objevil Röntgen (rentgenové záření) a které bylo doprovázeno druhem fosforescence ve vakuové trubici, se Becquerel rozhodl prozkoumat, zda existuje nějaká souvislost mezi rentgenovým zářením a přirozenou fosforescencí. Po svém otci zdědil zásoby uranových solí, které při vystavení světlu fosforeskují. Když soli přiložil k fotografické desce pokryté neprůhledným papírem, zjistil, že se deska zamlžuje. Zjistilo se, že tento jev je společný všem studovaným solím uranu, a došlo se k závěru, že jde o vlastnost atomu uranu. Později Becquerel ukázal, že paprsky vyzařované uranem, které byly dlouhou dobu pojmenovány po svém objeviteli, způsobují ionizaci plynů a že se od rentgenového záření liší tím, že je lze vychýlit elektrickým nebo magnetickým polem. Za svůj objev spontánní radioaktivity získal Becquerel v roce 1903 polovinu Nobelovy ceny za fyziku, druhou polovinu získali Pierre a Marie Curieovi za studium Becquerelova záření.
Becquerel publikoval své objevy v mnoha článcích, především v Annales de Physique et de Chimie a Comptes Rendus de l’Academie des Sciences.
V roce 1889 byl zvolen členem Francouzské akademie věd a po Berthelotovi se stal jejím doživotním tajemníkem. Byl mimo jiné také členem Accademia dei Lincei a Královské akademie v Berlíně. V roce 1900 byl jmenován důstojníkem Řádu čestné legie.
Byl ženatý se slečnou Janinovou, dcerou stavebního inženýra. Měli syna Jeana, nar. 1878, který byl rovněž fyzikem: čtvrtá generace vědců v rodině Becquerelů.
Antoine Henri Becquerel zemřel v Le Croisic 25. srpna 1908.