Antoine Henri Becquerel s-a născut la Paris, la 15 decembrie 1852, membru al unei familii distinse de savanți și oameni de știință. Tatăl său, Alexander Edmond Becquerel, a fost profesor de fizică aplicată și a făcut cercetări asupra radiațiilor solare și asupra fosforescenței, în timp ce bunicul său, Antoine César, a fost membru al Societății Regale și inventatorul unei metode electrolitice de extragere a metalelor din minereurile lor. A intrat la Politehnică în 1872, apoi la departamentul guvernamental din Ponts-et-Chaussées în 1874, devenind inginer în 1877 și fiind promovat la gradul de ingénieur-en-chef în 1894. În 1888 a obținut titlul de docteur-ès-sciences. Din 1878 a ocupat un post de asistent la Muzeul de Istorie Naturală, preluând de la tatăl său catedra de fizică aplicată de la Conservatoire des Arts et Metiers. În 1892 a fost numit profesor de fizică aplicată la catedra de istorie naturală a Muzeului din Paris. A devenit profesor la Politehnică în 1895.
Primele lucrări ale lui Becquerel s-au referit la polarizarea plană a luminii, la fenomenul fosforescenței și la absorbția luminii de către cristale (teza sa de doctorat). A lucrat, de asemenea, pe tema magnetismului terestru. În 1896, lucrările sale anterioare au fost eclipsate de descoperirea fenomenului de radioactivitate naturală. În urma unei discuții cu Henri Poincaré despre radiația recent descoperită de Röntgen (razele X) și care era însoțită de un tip de fosforescență în tubul cu vid, Becquerel a decis să cerceteze dacă există vreo legătură între razele X și fosforescența naturală. El moștenise de la tatăl său o rezervă de săruri de uraniu, care fosforează la expunerea la lumină. Atunci când sărurile au fost plasate lângă o placă fotografică acoperită cu hârtie opacă, s-a descoperit că placa era încețoșată. Fenomenul s-a dovedit a fi comun tuturor sărurilor de uraniu studiate și s-a ajuns la concluzia că este o proprietate a atomului de uraniu. Mai târziu, Becquerel a arătat că razele emise de uraniu, care au fost mult timp denumite după descoperitorul lor, provocau ionizarea gazelor și că acestea se deosebeau de razele X prin faptul că puteau fi deviate de câmpuri electrice sau magnetice. Pentru descoperirea radioactivității spontane, Becquerel a primit jumătate din Premiul Nobel pentru Fizică în 1903, cealaltă jumătate fiind acordată lui Pierre și Marie Curie pentru studiul lor asupra radiației Becquerel.
Becquerel și-a publicat descoperirile în numeroase lucrări, în principal în Annales de Physique et de Chimie și în Comptes Rendus de l’Academie des Sciences.
A fost ales membru al Academiei de Științe a Franței în 1889 și i-a succedat lui Berthelot în funcția de secretar pe viață al acestui organism. A fost, de asemenea, membru al Accademia dei Lincei și al Academiei Regale din Berlin, printre altele. A fost făcut ofițer al Legiunii de Onoare în 1900.
A fost căsătorit cu Mlle. Janin, fiica unui inginer civil. Au avut un fiu, Jean, născut în 1878, care a fost, de asemenea, fizician: a patra generație de oameni de știință din familia Becquerel.
Antoine Henri Becquerel a murit la Le Croisic la 25 august 1908.
.