Nació en Aix en 1656 en el seno de una familia noble de París. Desde muy joven mostró un profundo interés por la botánica, pero dado que sus padres decidieron que se hiciera sacerdote, ingresó en el seminario de los Jesuitas de su ciudad natal, donde adquirió un gran conocimiento de la lengua latina, y robó todo el tiempo que pudo del estudio de la teología para dedicárselo a la física, química, medicina y, sobre todo, a la botánica. Tras la muerte de su padre en 1677, cuelga la sotana y se dedica a su pasión científica. Recibe clases de un farmacéutico local, iniciándose en el conocimiento de las plantas usuales, recorre varias regiones herborizando y, en 1679, se instala en Montpellier, donde estudia medicina y anatomía durante dos años.
Vuelve a sus exploraciones, viaja por Pirineos y, tras correr grandes peligros, consigue una rica colección de plantas hasta que es llamado a París por Fagon, el médico de la reina. Allí es nombrado profesor de Botánica del Jardín de Plantas en 1683.
Cinco años más tarde vuelve a España y también visita Portugal, Inglaterra y Holanda. De vuelta a Francia, en 1690 es nombrado miembro de la Academia de las Ciencias. Dos años más tarde publica su primera obra en París “Elèments de Botanique ou Métode pour connaître les Plantes”.
En 1698 Tournefort obtiene el título de doctor en medicina y en 1700 recibe la orden de Luis XIV de viajar al este con el artista Aubriet y el médico Gundelsheimer en una misión científica. Durante dos años visita Grecia, Constantinopla, Asia menor, el Mar Negro, Armenia, el monte Ararat, Prusia, Efeso… enviando regularmente a París muestras zoológicas, botánicas y minerales. Al mismo tiempo estudia las costumbres, antigüedades, productos comerciales, etc. de todos los lugares que visita. A la vuelta fue nombrado profesor de medicina del Colegio de Francia, estableciéndose definitivamente en la capital y se dedica a arreglar sus colecciones y a sus clases mientras dirige el Jardín de Plantas.
Muere en 1708 a consecuencia del violento golpe de una carreta, atravesando la calle Copeau, legando su colección al gabinete de historia natural. Se le considera digno precursor de C. Linneo, el primer restaurador de la ciencia, ya que la nomenclatura que adoptó fue aceptada hasta mucho tiempo después de su muerte. Retomó las ideas de Conrad Gesner, añadiendo a los caracteres de la vegetación la característica de los géneros. Su sistema tomaba como base la corola, perfecciona el arte de describir los vegetales y estableció los caracteres genéricos.
a pesar de recibir algunas críticas de sus descripciones, estas se complementaban con las admirables figuras de Aubriet. Hay que tener en cuenta que en aquel entonces (finales del siglo XVIII) no existía la glosología botánica, por lo que se tuvo que conformar con la lengua imperfecta de su tiempo para describir caracteres hasta entonces indeterminados o no descritos. Fue uno de los sabios universales que hizo progresar a la fitología.