Антуан Анри Беккерель родился 15 декабря 1852 года в Париже. Его отец, Александр Эдмон, и его дед, Антуан Сезар, были известными учеными, профессорами физики. Поэтому с детства мальчику прививался серьезный и глубокий интерес к физике.
Среднее образование Беккерель получил в лицее Людовика Великого, а в 1872 году поступил в Политехническую школу в Париже. На первых же курсах он начал самостоятельные научные исследования, приобретая весьма полезные экспериментальные навыки. Через два года Анри перевелся в Высшую школу мостов и дорог, где изучал инженерное дело и продолжал исследования.
В 1875 году он приступил к изучению воздействия магнетизма на линейно поляризованный свет. Тогда же появилась его первая публикация, которая была замечена, и ему предложили место лектора в Политехнической школе. Так началась его педагогическая деятельность. Одновременно Анри стал ассистентом своего отца в Музее естественной истории и продолжил его исследования в области люминесценции, нетеплового излучения света и кристаллооптики.
После получения докторской степени, присужденной ему в 1888 году за диссертацию о поглощении света в кристаллах, Беккерель был избран в Парижскую Академию наук и занял там должность непременного секретаря физического отделения.
В 1892 году, через год после смерти отца, Беккерель стал его преемником в качестве заведующего кафедрой физики в Консерватории искусств и ремесел, а также профессором Парижского национального музея естественной истории. Еще через два года он занял должность главного инженера в Управлении мостов и дорог, а с 1895 года – профессора Политехнической школы.
Основные научные работы Беккереля были посвящены оптике (магнитооптика, фосфоресценция, инфракрасные спектры), электричеству, метеорологии и радиоактивности.
В 1896 году, исследуя действие различных люминесцирующих минералов на фотопластинку, Беккерель случайно открыл неизвестное излучение, присущее самой урановой соли и ничего общего не имеющее с люминесцирующим излучением. Это явление самопроизвольного испускания солями урана лучей особой природы было названо радиоактивностью.
Данное открытие побудило ученого к дальнейшим исследованиям в данном направлении. В 1901 году он (независимо от Пьера Кюри, который также занимался работами в этой научной области) обнаружил физиологическое действие радиоактивного излучения, а также его способность ионизировать газ.
За открытие естественной радиоактивности Беккерель в 1903 году был удостоен Нобелевской премии по физике, разделив ее с Пьером и Марией Кюри. Сам Беккерель был особо отмечен «в знак признания его выдающихся заслуг, выразившихся в открытии самопроизвольной радиоактивности». Он стал первым французом, привезшим в Париж Нобелевскую медаль.
В последующие годы Беккерель продолжил преподавательскую и научную работу. Помимо Нобелевской премии, он был удостоен и других наград, в том числе медали Румфорда, присуждаемой Лондонским королевским обществом, медали Гельмгольца Берлинской королевской академии наук и медали Барнарда американской Национальной академии наук. Также Беккерель был членом Академий наук многих стран.
Он дважды был женат, его сын Жан тоже стал физиком.
Умер Антуан Анри Беккерель 25 августа 1908 года в Ле-Круазик (Бретань, Франция).
В честь ученого названа Единица радиоактивности – «беккерель» (Bq), а также кратеры на Луне и Марсе. Его имя внесено в список величайших ученых Франции, помещенный на первом этаже Эйфелевой башни.