Огюстен Жан Френель родился в 1788 году в местечке Брольи в Нормандии, в семье архитектора. Здоровье мальчика было слабым, и по-видимому по этой причине он поначалу не отличался успехами в учебе и научился читать лишь к восьми годам. Это, однако, не помешало ему интересоваться точными науками и выделиться среди товарищей искусством конструирования бузиновых пушек (они стреляли ягодами бузины) и луков.
В 1801 году Огюстен поступил в школу г. Кана (на севере Франции). После ее окончания он в 1804 году поступил в парижскую Политехническую школу, которая славилась своими преподавателями. Здесь Френель продемонстрировал неординарные математические способности. Он продолжил образование в Школе мостов и дорог, после окончания которой получил звание инженера.
Работая затем в течение ряда лет в провинции, он понял, что ремонт и прокладка дорог, связанные к тому же с хозяйственными и административными хлопотами, его мало интересуют и не удовлетворяют. В 1814 году в связи с краткосрочным возвращением Наполеона из ссылки (знаменитые «Сто дней») Френель лишился и этой работы. Неудовлетворенность работой заставляет его искать другие направления приложения своих способностей: то философию и богословие, то химию и технику. Примерно с 1811 года, когда Френель прочитал работы французского физика Жана Батиста Био по поляризации света, он заинтересовался этим явлением и решил заняться оптикой.
Интересно, что, приступая к работе, Френель имел довольно слабое представление об оптике. В конце 1814 года он просит брата прислать из Парижа сочинения, по которым он смог бы составить представление о поляризации света. И уже через восемь месяцев им были получены результаты, которые привлекли к работам Френеля внимание ученых. Большую роль в формировании Огюстена Френеля как оптика сыграл секретарь Парижской Академии, талантливый экспериментатор и популяризатор научных идей Доминик Франсуа Араго, ставший впоследствии его соавтором при проведении некоторых экспериментов.
Френель начал свои исследования оптических явлений с изучения интерференции. Взяв за основу принцип Гюйгенса для построения фронта механических волн, он дополнил его принципом интерференции. Так в физике появился принцип Гюйгенса-Френеля.
Суть этого принципа состоит в том, что для определения освещенности какой-либо точки экрана надо светящуюся поверхность разбить на элементарные площадки и рассматривать их действие в данной точке экрана с учетом разности хода волн.
На основе этого принципа Френель объяснил прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления.
Прочитав работу Френеля, Араго написал ему о том, что принцип интерференции ранее уже был сформулирован Томасом Юнгом. В ответном письме в сентябре 1815 года Френель сообщил, что, совершенно не зная английского языка (и, следовательно, не читая работ Юнга), он заново «открыл» закон интерференции, добавив к опытам английского ученого несколько новых и среди них - опыт с «бизеркалами Френеля».
В начале 1817 года Парижская Академия наук объявила конкурс на лучшую работу по дифракции. Френель долго не решался принять участие в конкурсе, но, в конце концов, под нажимом Араго и Ампера согласился и приступил к интенсивным исследованиям, в которых ему помогал брат, Леонор. По результатам исследований Френель написал работу «Заметка о теории дифракции» и в апреле 1818 года представил ее в Академию. Работа поступила под девизом: «Природа проста и плодотворна», написанном на конверте. Когда комиссия рассматривала ее, знаменитый математик и физик Пуассон заметил, что из предлагаемой теории должен следовать странный вывод: в центре тени от непрозрачного круглого препятствия должно быть светлое пятно! Чтобы проверить этот неожиданный вывод, Араго тут же поставил опыт, и предсказание подтвердилось. Этот опыт вошел в историю науки как «пятно Пуассона». Так предубеждение Пуассона против теории Френеля превратилось в одно из доказательств ее справедливости. Волновая теория одержала большую победу: явление дифракции было объяснено.
Кроме того, в этой работе Френель изложил ряд случаев интерференции света, которые исследовал. В частности, он описал опыт по интерференции света при прохождении через две соединенные вместе призмы - так называемую бипризму Френеля. С помощью этого опыта Френель определил длину волны для красного света, и она получилась равной длине волны для красного света, определенной из других опытов.
Совпадение расчетов Френеля с опытными данными было настолько хорошим, что, несмотря на то, что большинство членов комиссии придерживалось ньютоновских взглядов на природу света, комиссия не могла отвергнуть работу Френеля и присудила ему премию.
Еще в 1816 году Френель писал, что для объяснения явления поляризации света волновая теория должна быть видоизменена; это видоизменение состоит в принятии предположения о поперечном направлении движения световых волн. К такому же мнению в последние годы жизни пришел и Юнг, что отражено в его письмах к Френелю. Однако Френель не торопился публиковать это мнение, предвидя большие трудности согласования его с механикой упругих сред.
Он создает свою теорию поляризации и двойного лучепреломления.
Предвосхищая многие идеи теории упругости, Френель смог благодаря своей физической интуиции дать теорию явлений отражения, преломления и полного внутреннего отражения, объяснив эмпирически найденные законы Малюса и Брюстера. Он предложил фундаментальные идеи в области кристаллооптики, которые используются и сейчас.
Среди важнейших результатов, полученных Френелем, редко упоминается работа по созданию новой оптической системы маяка со ступенчатыми линзами. Линза, предложенная в 1819 году Френелем, не имела таких недостатков обычных линз, как: поглощение света массой стекла, неправильное преломление лучей вследствие неравномерной плотности оптического стекла, значительный вес (для маяка). Линза Френеля состояла из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые имели в сечении форму призм специального профиля. Благодаря конструкции система в целом даже при большом угле охвата имела небольшую толщину, а, следовательно, небольшой вес и малое поглощение.
Следующим шагом было создание вращающейся системы линз, для получения «проблескового характера маячного огня». Первый аппарат такого типа был установлен Френелем 23 июля 1823 года на Кордуанском маяке. Мореплаватели всех стран спешили рассказать всему миру о новом маяке. Имя Френеля как автора системы получило широкую известность.
Постепенно к Френелю пришла мировая слава. В 1823 году его избрали в Парижскую Академию наук, в 1825 году он становится иностранным членом Лондонского Королевского общества, которое отметило выдающиеся открытия в области оптики Френеля медалью Румфорда.
Напряженная исследовательская и расчетная работа окончательно подорвала и без того слабое здоровье Френеля. Усовершенствованием системы маячного освещения, которое имело большой успех и привело к созданию так называемых ступенчатых линз, ученый занимался, будучи уже сильно больным.
Умер Френель 14 июля 1827 года в возрасте 39 лет.