1604-ben a Collège du Mans tanulója lett, nyelvtant tanult. 1609-ben jezsuita iskolába iratkozott be, La Flèche-be, itt végzett többek között Descartes is, aki később barátja lett. Párizsba a Collège Royale du France hallgatója lett. Miután befejezte tanulmányait, továbbiakban oktatással foglalkozott. 1618-tól a párizsi Place Royale kolostor vezetője lett egészen a haláláig. 1620 elején még elutasította Galileo Galilei nézeteit, azonban 1630 elején már lelkes támogatója volt. Descartes, Fermat és Christiaan Huygens kortársa. Nevét viselik a Mersenne-prímek. Fizikusként a mechanika, hangtan és fénytan területén végzett tudományos munkákat. Kiadta Euklidész, Archimedes, Apollonius munkáit. A zene történetére fontos a "Harmonicorum libri XII." című francia nyelven is megjelent műve.