A Párizs közeli Chanteloup-en-Brie szülöttje a fények városában végezte tanulmányait, vagyonos család sarjaként a legjobb iskolákba járhatott. 19 évesen a kubista André Lhote tanítványa lett, a festészet iránti érdeklődése már a középiskolában felszínre tört.

A húszas években azonban egy új művészeti ág is helyet követelt magának, a realista fotózás "az úgy fényképezd a dolgokat, amilyennek látod" jelszó jegyében. Cartier-Bresson kétéves cambridge-i kitérő után szakított a festészettel, s fordult a fotózás felé - a Marseille-ben élő magyar mester, Munkácsi Márton hatására.

"Munkácsi képei láttán rájöttem, a fénykép megmutathatja a pillanat örökkévalóságát" - emlékezett vissza később. Ezzel új korszak kezdődött életében. Szert tett egy 50 mm-es lencsével rendelkező Leica gépre, éveken át leghűségesebb barátjára.

A kis gép segítette abban, hogy észrevétlen maradjon, így a képein szereplők sokszor nem is voltak tudatában, hogy megörökítették őket. Berlin, Brüsszel, Varsó, Prága, Budapest és Madrid utcáit rótta, első kiállításait 1932-ben nyitották meg New Yorkban, majd Madridban és Mexikóvárosban. A harmincas években kötött barátságot Chim Seymourral és Robert Capával, hatásukra egyre inkább fotóriporterként kezdte szemlélni a világot. Közben a híres filmrendező, Jean Renoir mellett dolgozott világosítóként.

A II. világháború után Capával, Seymourral, Bill Vandiverttel, és George Rodgerrel életre hívták a Magnum fotóügynökséget. A megalapítás előtt olyan parázs vitákat vívtak a párizsi Dome kávéházban, hogy az összetört csészék nagyobb összeget tettek ki, mint a fogyasztásuk. Bejárta a világot, de saját szavai szerint nem utazott, hanem "lakta" azokat az országokat, amelyekben eltöltött egy-két évet.

Megörökítette a Joliot-Curie házaspárt, Truman Capote-t, ott volt Mao Ce-tung seregének pekingi bevonulásánál, Mahátma Gandhi temetésén. 1954-ben a fotósok közül elsőként érte az a megtiszteltetés, hogy kiállítást rendezhetett a Louvre-ban. A hetvenes években már ritkábban vette elő fényképezőgépét, inkább rajzolt, de tájképeket és portrékat mindig szívesen fotózott.
A franciák örökifjú művésze 2004-ben halt meg Montjustinben. A XX. század legfontosabb pillanatait örökítette meg az utókor számára.