Après quelques années dans l'armée, il se tourne vers la botanique. Il publie, en 1778, une Flore française en trois volumes puis, en 1781, est nommé botaniste du Jardin du roi. Quand celui-ci devient le Muséum national d'histoire naturelle, en 1793, il obtient la chaire des animaux sans vertèbres, qu'il occupera jusqu'à sa mort. Dans ses ouvrages Philosophie zoologique (1809) puis Histoire naturelle des animaux sans vertèbres (1815-1822), il expose la première véritable théorie de l'évolution des espèces : le transformisme (les espèces animales et végétales se transforment au cours du temps, les organismes complexes dérivant de formes plus simples). Selon Lamarck, l'exercice constant d'une fonction biologique crée ou développe l'organe impliqué (la fonction crée l'organe), et les caractères ainsi acquis sont transmis à la descendance (hérédité des caractères acquis). Le lamarckisme a été abandonné, car il a été démontré que les caractères acquis ne sont pas héréditaires. Cependant, il a ouvert la voie à l'évolutionnisme, et en particulier au darwinisme.
