Paul Sabatier dilahirkan di Carcasonne di Perancis Utara pada tanggal 5 November 1854. Ia dididik di Lycѐe dan disiapkan di Toulouse untuk ujian masuk ke École Polytechnique dan the École Normale Supérieure. Ia diterima di kedua kampus dan memilih kampus terakhir yang ia masuki pada tahun 1874; tiga tahun kemudian ia lulus, yang pertama di kelasnya. Ia mengajar fisik selama setahun di sekolah setempat di Nîmes sebelum pergi ke Collège de France pada tahun 1878 sebagai asisten Berthelot. Ia menerima gelar Dooctor of Science (D.Sc) pada tahun 1880.
Sabatier mengambil kursus fisika di Fakultas sains di Bordeaux hingga Januari 1882, ketika ia menerima jabatan yang sama di Universitas Toulouse. Ia pun menjadi bertanggung jawab untuk kursus ilmu kimia pada tahun 1883, dan dipilih menjadi profesor Kimia pada tahun 1884, sebuah jabatan yang ia pegang hingga masa pensiun pada tahun 1930. Ia menjadi Dekan Fakultas Sains pada tahun 1905 dan tetap mengajar meski pensiun hingga ia meninggal tahun 1941. Ia sangat percaya pada Toulouse dan menampik banyak tawaran posisi menarik di mana saja, terutama sebagai pengganti Moissan di Sorbonne pada tahun 1908.
Penelitian awal Sabatier terfokus pada termokimia sulfur dan senyawa logam sulfat, yang menjadi judul tesis untuk gelar doktornya, dan di Toulouse, ia melanjutkan penelitian kimia fisikanya pada sulfida, klorida, khromat, dan senyawa tembaga. Ia juga mempelajari oksida nitrogen dan asam nitrosodisulfonat dan garamnya, dan melaksanakan penelitian mendasar tentang koefisien partisi dan spektrum absorpsi.
Ketika ia memulai penelitiannya pada fenomena katalisis, Sabatier langsung menunjuk keanehan dalam hukum fisika Faraday dan ia menyusun teori kimanya yang mempostulasikan pembentukan senyawa antara yang tidak stabil. Penelitian seksamanya dan penemuan penggunaan logam katalis hidrogenasi yang sangat halus membentuk dasar margarin, hidrogenasi minyak, dan industri metanol sintetis. Ia mendemonstrasikan selektivitas aksi katalitik dan juga selektivitas katalis sebagai racunm seperti halnya perkenalan, penggunaan dan menunjukkan hasil aktivitasnya yang telah diperbaiki. Ia juga melakukan studi tertutup pada hidrasi katalitik dan dehidrasi, menguji secara hati-hati kemungkinan reaksi spesifik dan aktivitas umum berbagai katalis.
Penelitian Sabatier secara akurat tercatat dalam publikasi organisasi ilmiah dan bukunya yang paling penting La Catalyse en Chimie Orgarnique (Katalis dalam kimia Organik), dipublikasikan pertama kali pada tahun 1913, dengan edisi kedua pada tahun 1920, yang diterjemahkan ke dalam bahasa Inggris oleh E.E. Reid yang dipublikasikan pada tahun 1923.
Sabatier adalah anggota Akademi Sains Perancis dan Komandan Légion d’Honneur. Ia adalah Doctor of Science (D.SC.), honoris causa, dari Universitas Philadelphia dan anggota kehormatan Royal Society London, Akademi Madrid, Akademi Sains Kerajaan Belanda, Himpunan Kimia Amerika, dan banyak institusi asing lainnya. Ia mendapat penghargaan Prix Lacate ( pada tahun 1897); Prix Jecker ( pada tahun 1905); Medali Davy (pada tahun 1915) dan Medali Kerajaan (pada tahun 1918) dari Royal Society; dan Medali Franklin dari Institut Franklin (pada tahun 1933). Untuk metode yang dikembangkannya dalam hidrogenasi senyawa organik dengan keberadaan logam halus, ia mendapat hadiah Nobel Kimia pada tahun 1912, berbagi hadiah dengan Victor Grignard, yang menerimanya dengan penemuan pereaksi yang disebut pereaksi Grignard.
Paul Sabatier adalah laki-laki yang tekun. Ia menikah dengan Mlle. Herail dan mereka memiliki empat anak perempuan, satu di antaranya menikah dengan ahli kimia Italia, Emilio Pomilio. Ia sangat tertarik pada seni dan berkebun.
Ia meninggal pada tanggal 14 Agustus 1941.
