Он родился в Париже, учился в Политехнической школе и в Высшей национальной горной школе, с 1877 по 1919 гг. был профессором Высшей горной школы. В 1907 г. ученый был избран членом Парижской академии наук. Ле Шателье проводил фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов.

Наиболее значительные его работы в химической термодинамике были посвящены исследованию влияния давления и температуры на смещение химического равновесия. В 1884 г. им был сформулирован общий Закон смещения химического равновесия: "Если в системе, находящейся в равновесии, изменить один из факторов равновесия, например увеличить давление, то произойдет реакция, сопровождающаяся уменьшением объема". Иногда этот принцип называют "Принцип Ле Шателье - Брауна", чаще просто "Принцип Ле Шателье". Немецкий физик Ф. Браун пришел спустя три года к такому же выводу, как и Ле Шателье.