Antoine Henri Becquerel 1852. december 15-én született Párizsban, egy kiváló tudóscsalád tagjaként. Apja, Alexander Edmond Becquerel az alkalmazott fizika professzora volt, aki a napsugárzással és a foszforeszcenciával kapcsolatos kutatásokat végzett, míg nagyapja, Antoine César a Royal Society tagja és a fémek érceikből való kinyerésére szolgáló elektrolitikus módszer feltalálója volt. 1872-ben belépett a Politechnikumba, majd 1874-ben a Ponts-et-Chaussées-i kormányhivatalba. 1877-ben ingénieur lett, 1894-ben pedig ingénieur-en-cheffé léptették elő. 1888-ban megszerezte a docteur-ès-sciences fokozatot. 1878-tól asszisztensi kinevezést kapott a Természettudományi Múzeumban, majd átvette apja helyét a Conservatoire des Arts et Metiers alkalmazott fizika tanszékén. 1892-ben kinevezték a párizsi múzeum természettudományi tanszékének alkalmazott fizika professzorává. 1895-ben a Műegyetem professzora lett.
Becquerel legkorábbi munkái a fény síkbeli polarizációjával, a foszforeszcencia jelenségével és a fény kristályok általi elnyelésével foglalkoztak (doktori disszertációja). Dolgozott a földi mágnesesség témáján is. Korábbi munkásságát 1896-ban beárnyékolta a természetes radioaktivitás jelenségének felfedezése. Miután Henri Poincaréval beszélgetett a Röntgen által nemrég felfedezett sugárzásról (röntgensugárzás), amelyet a vákuumcsőben egyfajta foszforeszcencia kísért, Becquerel elhatározta, hogy megvizsgálja, van-e kapcsolat a röntgensugárzás és a természetben előforduló foszforeszcencia között. Apjától örökölt egy uránsó-készletet, amely fény hatására foszforeszkál. Amikor a sókat egy átlátszatlan papírral borított fényképészeti lemez közelébe helyezte, kiderült, hogy a lemez bepárásodott. A jelenséget az összes vizsgált uránsó esetében közösnek találták, és arra a következtetésre jutottak, hogy ez az uránatom tulajdonsága. Később Becquerel kimutatta, hogy az urán által kibocsátott sugarak, amelyeket sokáig felfedezőjükről neveztek el, gázok ionizációját okozzák, és abban különböznek a röntgensugárzástól, hogy elektromos vagy mágneses mezőkkel eltéríthetők. A spontán radioaktivitás felfedezéséért Becquerel 1903-ban megkapta a fizikai Nobel-díj felét, a másik felét Pierre és Marie Curie kapta a Becquerel-sugárzás tanulmányozásáért.
Becquerel számos tanulmányban publikálta felfedezéseit, elsősorban az Annales de Physique et de Chimie és a Comptes Rendus de l’Academie des Sciences című folyóiratokban.
1889-ben az Academie des Sciences de France tagjává választották, és Berthelot-t követte a testület életfogytiglani titkáraként. Tagja volt többek között az Accademia dei Linceinek és a Berlini Királyi Akadémiának is. 1900-ban a Becsületlégió tisztjévé avatták.
Felesége Janin kisasszony volt, egy építőmérnök lánya. Volt egy fiuk, Jean, sz. 1878, aki szintén fizikus volt: a Becquerel család negyedik tudós generációja.
Antoine Henri Becquerel 1908. augusztus 25-én halt meg Le Croisic-ban.
Le Croisic-ban halt meg 1908. augusztus 25-én.