Il découvrit les premières peintures pariétales du Mas d’Azil

Très jeune, il s’intéresse à l’histoire naturelle, à la géologie et à la paléontologie humaine. Porté par sa foi, il décide d’entrer en religion et il est ordonné prêtre en 1900, il n’exercera jamais sa sacerdoce. C’est au séminaire qu’il rencontre plusieurs personnalités qui le conduisent à s’orienter vers l’étude de la préhistoire. De 1905 à 1906, il est professeur d’ethnologie préhistorique à l’institut de Paléontologie Humaine de Paris.

Sur les conseils d’Edouard Piette, il vint au Mas d’Azil où il effectua deux campagnes de fouilles (1901 et 1902). Il signala les premières peintures de la galerie qui lui fut par la suite dédiée « La Galerie Breuil » et les authentifia en 1912 avec le Conte Bëgouen.

De 1929 à 1947, il occupe la chaire de la préhistoire au Collège de France et est nommé membre de l’institut en 1938. Il fait partie des inventeurs des grottes des Combarelles et de Font-de-Gaume en Dordogne en 1901 et participe à l’authentification de l’art paléolithique à la Mouthe en Dordogne. Il est également le premier chercheur à décrire la grotte de Lascaux lors de sa découverte en 1940.
Son ouvrage majeur est « 400 siècles d’art pariétal ».

L’abbé Breuil est passé à la postérité sous le surnom de « Pape de la Préhistoire » et laisse une œuvre monumentale.