安托万·拉瓦锡出生在法国巴黎一个律师家庭，并在5岁时因母亲过世而继承了一大笔财产。
他在1754年到1761年间于马萨林学院学习。家人想要他成为一名律师，但是他本人却对自然科学更感兴趣。
1761年他进入巴黎大学法学院学习，获得律师资格。课余时间他继续学习自然科学，从鲁埃尔那里接受了系统的化学教育和对燃素说的怀疑。
1764年至1767年他作为地理学家盖塔的助手，进行采集法国矿产、绘制第一份法国地图的工作。在考察矿产过程中，他研究了生石膏与熟石膏之间的转变，同年参加法国科学院关于城市照明问题的征文活动获奖。
1767年他和盖塔共同组织了对阿尔萨斯-洛林地区的矿产考察。
1768年，年仅25岁的拉瓦锡成为法兰西科学院院士。
1770年一派学者坚持波义耳已经否定的四元素说，认为水长时间加热会生成土类物质。为了搞清这个问题，拉瓦锡将蒸馏水密封加热了101天，发现的确有微量固体出现。他使用天平进行测量，发现容器质量的减少正等于产生固体物的质量，而水质量没有变化，从而驳斥了这一观点。
1771年拉瓦锡与同事的女儿，13岁的玛丽-安娜·皮埃尔波泽结婚。皮埃尔波泽通晓多种语言，多才多艺，她替拉瓦锡翻译英文文献，并为他的书籍绘制插图并保存拉瓦锡实验记录，协助丈夫进行科学研究。
为了解释“燃烧”这一常见的化学现象，德国医生斯塔尔提出燃素说，认为物质在空气中燃烧是物质失去燃素，空气得到燃素的过程。燃素说可以解释一些现象，因此很多化学家包括普利斯特里和舍勒等人都拥护这一说法。普利斯特里更是将自己发现的氧气称为“脱燃素空气”，用来解释物质在氧气中燃烧比空气中剧烈。但是燃素说始终难以解释金属燃烧之后变重这个问题。一派人索性认为这是因为测量的误差导致，另一派比较极端的燃素说维护者甚至认为在金属燃烧反应中燃素带有负质量。
面对如此的局面，1772年秋天开始拉瓦锡对硫、锡和铅在空气中燃烧的现象进行研究。为了确定空气是否参加反应，他设计了著名的钟罩实验。通过这一实验，可以测量反应前后气体体积的变化，得到参与反应的气体体积。他还将铅在真空密封容器中加热，发现质量不变，加热后打开容器，发现质量迅速增加。尽管实验现象与燃素说支持者相同，但是拉瓦锡提出了另一种解释，即认为物质的燃烧是可燃物与空气中某种物质结合的结果，这样可以同时解释燃烧需要空气和金属燃烧后质量变重的问题。但是此时他仍然无法确定是那一种组分与可燃物结合。
1773年10月，普里斯特里向拉瓦锡介绍了自己的实验：氧化汞加热时，可得到脱燃素气，这种气体使蜡烛燃烧得更明亮，还能帮助呼吸。拉瓦锡重复了普里斯特利的实验，得到了相同的结果。但拉瓦锡并不相信燃素说，所以他认为这种气体是一种元素，1777年正式把这种气体命名为oxygen（中译名氧），含义是酸的元素。
拉瓦锡通过金属煅烧实验，于1777年向巴黎科学院提出了一篇报告《燃烧概论》，阐明了燃烧作用的氧化学说，要点为：①燃烧时放出光和热。②只有在氧存在时，物质才会燃烧。③空气是由两种成分组成的，物质在空气中燃烧时，吸收了空气中的氧，因此重量增加，物质所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量。④一般的可燃物质（非金属）燃烧后通常变为酸，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧。金属煅烧后变为煅灰，它们是金属的氧化物。他还通过精确的定量实验，证明物质虽然在一系列化学反应中改变了状态，但参与反应的物质的总量在反应前后都是相同的。于是拉瓦锡用实验证明了化学反应中的质量守恒定律。拉瓦锡的氧化学说彻底地推翻了燃素说，使化学开始蓬勃地发展起来。
1787年之后拉瓦锡社会职务渐重，用于科学研究时间较少。主要进行化学命名法改革，自己研究成果的总结和新理论的传播工作。他先与克劳德·贝托莱等人合作，设计了一套简洁的化学命名法。
1787年他在《化学命名法》（Méthode de nomenclature chimique）中正式提出这一命名系统，目的是使不同语言背景的化学家可以彼此交流，其中的很多原则加上后来柏济力阿斯的符号系统，形成了至今沿用的化学命名体系。接下来，他总结了自己的大量的定量试验，证实了质量守恒定律。这个定律的想法并非他独创，在拉瓦锡之前很多自然哲学家与化学家都有过类似观点，但是由于对实验前后质量测试的不准确，有些人开始怀疑这一观点。1748年，俄罗斯化学家米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫曾精确的进行了测定，并且提出了这一定律的描述，但是由于莫斯科大学处于欧洲科学研究的中心之外，所以他的观点没有被人注意到。
基于氧化说和质量守恒定律，1789年拉瓦锡发表了《化学基本论述》（Traité Élémentaire de Chimie）这部集他的观点之大成的教科书，在这部书里拉瓦锡定义了元素的概念，并对当时常见的化学物质进行了分类，总结出三十三种元素（尽管一些实际上是化合物）和常见化合物，使得当时零碎的化学知识逐渐清晰化。在该书中的实验部分中拉瓦锡强调了定量分析的重要性。最重要的是拉瓦锡在这部书中成功的将很多实验结果通过他自己的氧化说和质量守恒定律的理论系统进行了圆满的解释。这种简洁、自然而又可以解释很多实验现象的理论系统完全有别于燃素说的繁复解释和各种充满炼金术术语的化学著作，很快产生了轰动效应。坚持燃素说的化学家如普利斯特里对其坚决抵制，但是年轻的化学家非常欢迎，这部书也因此与波义耳的《怀疑派的化学家》一样，被列入化学史上划时代的作品。
到1795年左右，欧洲大陆已经基本全部接受拉瓦锡的理论。
法兰西科学院常会由政府资助，给予科学家薪水同时要求完成某些任务。由于拉瓦锡的很强的工作能力，他参与了很多这种任务并负责起草报告。其中影响很大是统一法国的度量衡。
1790年法兰西科学院组织委员会负责制定新度量衡系统，人员有拉瓦锡、孔多塞、拉格朗日和蒙日等。
1791年拉瓦锡起草了报告，主张采取地球极点到赤道的距离的一千万分之一为标准（约等于1米）建立米制系统。接着科学院指定拉瓦锡负责质量标准的制定。经过测定，拉瓦锡提出质量标准采用千克，定密度最大时的一立方分米水的质量为一千克。这种系统尽管当时受到了很大阻力，但是今天已经被世界通用。
拉瓦锡还曾在政界被推选为众议院议员。对此，他曾感到负担过重，曾多次想退出社会活动，回到研究室做一个化学家。然而这个愿望一直未能实现。当时，法国的国情日趋紧张，举国上下有如旋风般的混乱，处于随时都可能爆发危机的时刻。对于像拉瓦锡这样大有作为和精明达识的科学家的才能也处于严重考验的时刻。
这时，有些像百年前波义耳在英国的处境，又转移到拉瓦锡所在的法国来了。国情是很相似的。但是这两位科学家的命运却正好相反。波义耳不闻窗外的世间风云，只是一心关在实验室里静静地进行研究。而在同样处境下的拉瓦锡却未能做到这一点。应当说是一种命运的不幸，而且这种不幸可以说已经达到了极点，以至最终夺去了他的生命。
拉瓦锡不论在何处都像是一棵招风的大树，因而雷雨一到也就是最危险的。最初的一击是来自革命的骁将让.保罗.马拉之手。马拉最初也曾想作为科学家而取得荣誉，并写出了《火焰论》一书，企图作为一种燃烧学说而提交到了科学院。当时做为会长的拉瓦锡曾对此书进行了尖刻评论，认为并无科学价值而否定。这样可能就结下了私怨。马拉首先叫喊要“埋葬这个人民公敌的伪学者！”到了1789年7月，革命的战火终于燃烧起来，整个法国迅速卷入到动乱的旋涡之中。
在这块天地里，科学似已无法容身了。一切学会、科学院、度量衡调查会等，实际上所有的法国学术界都面临着存亡的危机。甚至还听到了这种不正常的说法，认为“学者是人民的公敌，学会是反人民的集团”等。在此情况下，拉瓦锡表现得很勇敢。他做为科学院士和度量衡调查会的研究员，仍然恪守着自己的职责。他不仅努力于个人的研究工作，并为两个学会的筹款而各处奔走，还有时捐献私人财产做为同事们的研究资金。他的决心和气魄，成了法国科学界的柱石和保护者。
但是，在想不到的地方却潜伏着恶敌。他就是化学家佛克罗伊（Fourcroy，1755～1809）。他本人也是科学院的院士，曾经是一位很早就同革命党人的国会有着密切联系，并对科学院进行过迫害的神秘人物。他在危难之际，也曾在多方面受到过拉瓦锡的保护，但是却反而施展诡计企图解散科学院，直到最后动用了国会的暴力而达到了目的。这样，在1793年4月，这个从笛卡尔、帕斯卡和海因斯以来具有百余年光荣历史的科学院终于遭到了破坏（直到1816年巴黎的科学院才又得到重建）。
这时，拉瓦锡做为最后的手段是通过教育委员会向国民发出呼吁。他指出，做为教育界的许多元老，曾经为法国的学术繁荣而贡献了毕生精力，然而他们的研究机关被剥夺，衣食的来源被切断，宝贵的晚年受到了贫困的威胁，学术处于毁灭的边缘，法国的荣誉被玷污了。这样，如果学术一旦遭到毁灭，恐怕就是再经过半个世纪也难以再得到恢复了。他虽然这样提出了警告，结果是仍然无效。
1769年，在拉瓦锡成为法国科学院名誉院士的同时，他当上了一名包税官，在向包税局投资五十万法郎后，承包了食盐和烟草的征税大权，并先后兼任皇家火药监督及财政委员。1771年，28岁的拉瓦锡与征税承包业主的女儿结了婚，更加巩固了他包税官的地位。在法国大革命中，拉瓦锡理所当然地成为革命的对象。
拉瓦锡虽很少参与波旁王朝的横征暴敛，但包税官的身份还是激起了激进群众的愤怒，他不懂得这在政治上意味着什么；而在新的激进政府通令他们“清算帐目”予以交代之后，拉瓦锡和他的同僚们却担心被没收财产而东躲西藏，从而激化了矛盾，也给佛克罗伊之流提供了中伤的机会。但是，拉瓦锡在大革命时期也为新政府做了大量有益的工作。如设计城市照明、制定农业改革方案、贡献火药制造和矿物探寻资料，并参加了新政府主张的“改革旧度量衡制，创造新的国际通用单位”工作，担任改革委员会委员，他进行了蒸馏水比重和铜、铂热膨胀系数的精确测定，确定了质量单位“克”和长度单位“米”。
不久，度量衡调查会的6名研究员被开除了，其中也有拉瓦锡。
1793年11月28日，包税组织的28名成员全部被捕入狱，拉瓦锡就是其中的一个，死神越来越逼近他了。
学术界震动了。各学会纷纷向国会提出了赦免拉瓦锡和准予他复职的请求，但是，已经为激进党所控制的国会，对这些请求不仅无动于衷，反而却更加严厉了。
1794年5月7日开庭审判，结果是把28名包税组织的成员全部处以死刑，并预定在24小时内执行。
佛克罗伊所采取的阴险手段，对于事情发展到如此严重的程度是起了很大作用的。佛克罗伊是巴黎植物园化学研究室的教授，曾长期和拉瓦锡在一起，也为化学理论和化学教育的发展做出了贡献，本是一位知名的学者。但是为什么却会进行这种恶劣的活动，是不是由于长期以来对拉瓦锡的嫉妒呢？后来，当罗伯斯庇尔失败以后，在为拉瓦锡举行的庄重和盛大的追悼会上，这个厚颜无耻的佛克罗伊却又反过来对拉瓦锡表示悼念，还做了歌功颂德的演讲。像这样卑劣的人，在古今的科学家中很难找出第二个人了。
拉瓦锡的生命已经危在旦夕。人们虽然在尽力地挽救，请求赦免，但是他还是被判处死刑。不过革命法庭副长官考费那尔（J.B.Coffinhal）并没有说过“共和国不需要科学家”。
第二天，1794年5月8日的早晨，就在波拉斯·德·拉·勒沃西奥执行了28个人的死刑。拉瓦锡是第四个登上断头台的。他泰然受刑而死……著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说：“他们可以一眨眼就把他的头砍下来，但他那样的头脑一百年也再长不出一个来了。”
有一种传说，拉瓦锡和刽子手约定头被砍下后尽可能多眨眼，以此来确定头砍下后是否还有感觉，拉瓦锡一共眨了十一次，这是他最后的研究。这一传说不见于正史。
拉瓦锡出身名门，他继承了父母和姨母的巨额遗产，即使不靠征税承包业的收入，也完全可以过上富庶的生活。仅为追求更多金钱使名誉受到玷污，甚至赔上性命，令人惋惜。然而，瑕不掩瑜，他的一生仍是充满着光辉的一生。
拉瓦锡在学校是一个天才男孩。20岁时因出色地撰写了巴黎街道照明的设计文章而获得法国科学院的嘉奖。几年之后，即1768年，他被评选为法国科学院的“名誉院士”。
他为后人留下的杰作是《化学概要》，这篇论文标志着现代化学的诞生。在这篇论文中，拉瓦锡除了正确地描述燃烧和吸收这两种现象之外，在历史上还第一次开列出化学元素的准确名称。名称的确立建立在物质是由化学元素组成的这个基础之上。而在此之前，这些元素有着不同的称谓。在书中，拉瓦锡将化学方面所有处于混乱状态的发明创造整理得有条有理。
化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年，年仅20岁的拉瓦锡就取得了法律学士学位，并且获律师从业证书。拉瓦锡的父亲是一位颇有名气的律师，家境富有。所以拉瓦锡没有马上去做律师，那时他对植物学发生了兴趣，经常上山采集标本使他又对气象学产生了兴趣。在地质学家葛太德的建议下，拉瓦锡师从巴黎著名的化学鲁伊勒教授。从此，拉瓦锡就和化学结下不解之缘。
拉瓦锡的对化学的第一个贡献便是从实验的角度验证并总结了质量守恒定律。早在拉瓦锡出生之时，多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律，他当时称之为“物质不灭定律”，其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据，特别是当时俄罗斯的科学还很落后，西欧对沙俄的科学成果不重视，“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。
拉瓦锡用硫酸和石灰合成了石膏，当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。他的导师鲁伊勒把失去水蒸气称为“结晶水”，从此就多了一个化学名词——结晶水。这次意外的成功使拉瓦锡养成了经常使用天平的习惯。由此，他总结出质量守恒定律，并成为他进行实验、思维和计算的基础。为了表明守恒的思想，用等号而不用箭头表示变化过程。如糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式：
葡萄糖(C6H12O6)=二氧化碳（CO2） 酒精(C2H5OH)
这正是现代化学方程式的雏形。为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义，拉瓦锡又撰文写到：
“可以设想，参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式，再假定方程式中的某一项是未知数，然后通过实验，算出它们的值。这样，就可以用计算来检验实验，再用实验来验证计算。我就经常用这种方法修正实验初步结果，使我能通过正确的途径改进实验，直到获得成功。”
拉瓦锡最重要的发现：燃烧原理，是他对化学研究的第二大贡献。伟大的科学家描述了最重要的气体：氧、氮和氢的作用。拉瓦锡最重要的发现是关于燃烧的原理。之所以能够有此发现，是因为他第一次准确地识别出了氧气的作用。事实上，科学家确认燃烧是氧化的化学反应，即燃烧是物质同某种气体的一种结合。拉瓦锡为这种气体确立了名称，即氧气，事实上就是“成酸元素”的意思。
拉瓦锡最终排除了当时流行极广的关于“燃素”的错误看法。按照那种理论，在燃烧期间，任何被燃烧的物质同一种被称为“燃素”的物质相分离。“燃素”被认为是整个燃烧过程的主导者。
拉瓦锡还识别出了氮气。这种气体早在1772年就被发现了，但却被命名了一个错误的名称——“废气”（意思是“用过的气”，也就是没有燃素的气，因此不会再被用作燃烧的气）。拉瓦锡则发现这种“气体”实际上是由一种被称为氮的气体构成的，因为它“无活力”（来源于希腊语azofe）。后来，他又识别出了氢气，这个名称的意思是“成水的元素”。拉瓦锡还研究过生命的过程。他认为，从化学的观点看，物质燃烧和动物的呼吸同属于空气中氧所参与的氧化作用。
1772年秋天，拉瓦锡照习惯称量了定量的红磷，使之燃烧、冷却后又称量灰烬（五氧化二磷，P2O5）的质量，发现质量竟然增加了！他又燃烧硫磺，同样发现灰烬的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。于是他又改进实验的方法：将白磷放入一个钟罩，钟罩里留有一部分空气，钟罩里的空气用管子连接一个水银柱（注：测定空气的压力）。加热到40℃时白磷就迅速燃烧，水银柱上升。拉瓦锡还发现“1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色灰烬（P2O5）。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量基本接近”。他还用汞做了类似实验测得的数据也是增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量基本接近。
拉瓦锡的发现和当时的燃素学说是相悖的，许多人都质疑他。燃素学说认为燃烧是分解过程，燃烧产物应该比可燃物质量轻。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误，但都被驳回。在1773年2月，他在实验记录本上写到：“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将新化学命名为“反燃素化学”。
1777年，拉瓦锡批判燃素学说：“化学家从燃素说只能得出模糊的要素，它十分不确定，因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的，有时又没有重量；有时它是自由之火，有时又说它与土素相化合成火；有时说它能通过容器壁的微孔，有时又说它不能透过；它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫，每时每刻都在改变它的面貌。”
1777年9月5日，拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》，系统地阐述了燃烧的氧化学说，将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言，逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断与古代炼丹术的联系，揭掉神秘和臆测的面纱，取而代之的是科学实验和定量研究。化学由此也进入定量化学（即近代化学）时期。
拉瓦锡对化学的第三大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说，建立在科学实验基础上的化学元素的概念：“如果元素表示构成物质的最简单组分，那么目前我们可能难以判断什么是元素；如果相反，我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来，那么我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质，对我们来说，就算是元素了。”
