Francia arisztokrata családban született. Az École Navale (tengerészeti iskola) elvégzése után kilenc évig tengerésztisztként szolgált. 1904-ben fordult érdeklődése a fizika felé. Paul Langevin mellett megszerezte a doktori címet. A család párizsi palotájában jól felszerelt laboratóriumot hozott létre, ahol fizikusokból egy csoportot szervezett, és főként röntgendiffrakciós kísérleteket végzett. A forgókristály-módszer bevezetésével elsőként sikerült egy abszorpciós élt meghatároznia. Ezzel megalapozta a röntgen-spektroszkópiát. Eredményei jelentősen hozzájárultak az atomszerkezet megismeréséhez. Ő irányította fiatalabb fivérének, Louis-nak az érdeklődését a fizika felé. 1906-ban, apja halálakor örökölte a hercegi címet. 1934-ben választották az Académie Française tagjává, 1946-ban lett a brit Royal Society külföldi tagja. 1942-től 1946-ig a Collège de France professzora volt. Közvetlen leszármazott nélkül halt meg, a hercegi cím testvérére, Louis-ra szállt.