Tizenkét éves korában jómódú, zsidó származású kereskedő apja beíratta egy Párizs melletti internátusba, ahol hamar megmutatkozott képzőművészi tehetsége. 1847-ben visszatért szülőföldjére, apja akaratára a családi vállalkozásban dolgozott, szabadidejében szenvedélyének élt, rajzolt. Saint Thomason barátkozott össze Fritz Melbye dán festővel, az ő bátorítására végül a festészetet választotta hivatásul. 1852-ben Venezuelába szöktek, és minden idejüket az alkotásnak szentelték.
Pissarro 25 évesen visszatért Párizsba, ahol Anton Melbye festő segédjeként dolgozott, és folytatta művészeti tanulmányait. A párizsi École des Beaux-Arts-ra járt, de annak akadémizmusa miatt Camille Corot-hoz fordult, ő ihlette a szabadban való, plein air festészetre. Corot mellett Gustave Courbet realizmusa és Jean-François Millet falusi tárgyú képei hatottak még rá.
1859-ben beiratkozott az Académie Suisse-be, megismerte Paul Cézanne-t és Claude Monet-t, majd Pierre-Auguste Renoirt és Édouard Manet-ét is. Montmorency-i táj című képét még abban az évben elfogadta a Párizsi Szalon, későbbi műveit azonban elutasították. Az 1860-as években a Guerbois kávéház művésztársaságához csatlakozott.
1863-ban az Elutasítottak Szalonján (Salon des Refusés) tűnt fel.
Korai sötét korszakát, mely a barbizoniak, köztük Charles-François Daubigny hatására alakult ki, 1866-tól a levegő és a fény vibrálását érzékeltető kompozíciók váltották fel. A fiatal kritikus, Émile Zola elragadtatva dicsérte műveit.
Pissarro 1870 körül gyakran festett együtt Monet-val és Renoirral, állványaikat egymás mellé állították fel, és vászonra rögzítették a látványt. Pissarro képein a hétköznapi életüket élő emberi alakok kaptak hangsúlyt.
A porosz–francia háború kitörésekor Angliába menekült, Londonban Monet-val közösen tanulmányozták William Turner és John Constable tájképfestészetét. 1871-ben feleségül vette élettársát, Julie Vellay-t, anyja korábbi szolgálóját. Hét gyermekükből hat szintén festő lett, legidősebb fia, Lucien tájképfestőként szerzett hírnevet.
Londonban ismerkedett meg az impresszionistákat felkaroló francia műkereskedővel, Paul Durand-Ruel-lel is. A háború után visszatért Louveciennes-be, ahol házát kifosztva találta, az otthagyott 1500-ból – köztük Monet-képekből – mindössze negyven vászon került elő. 1872-ben Pontoise-ba költözött, ahová követte őt Paul Cézanne, majd később Paul Gauguin is. Pissarro rendszeresen Párizsba utazott, hogy újra felvegye a kapcsolatot az impresszionistákkal (Cézanne, Monet, Manet, Renoir és Degas), összefogja őket, és megszervezzék kiállításaikat.
Ő volt az egyedüli, aki az 1874 és 1886 között megrendezett nyolc párizsi impresszionista kiállítás mindegyikén bemutatta munkáit.
Cézanne stílusához közelítve átlós ecsetvonásokkal fokozta a fényhatásokat, a színeket pedig a háttérben szétszórt foltokkal és egymást keresztező vonásokkal hangsúlyozta. A technikai kísérletezés révén kapcsolatba került Paul Signackal és Georges Seurat-val, elmerült a színelméletben és a pointillista stílus tanulmányozásában, majd 1885–86-ban velük, a későbbi neoimpresszionistákkal állított ki.
Pissarro a Durand-Ruel galériában rendezett 1892-es önálló tárlata után, ahol sikert arattak párizsi és vidéki képei, visszatért korábbi impresszionista stílusához. Az 1890-es évektől szembaja nem engedte, hogy a szabadban dolgozzon, így legtöbb képét a francia fővárosról, illetve Rouen, Le Havre és Dieppe városairól gyakran erkélyekről és hotelablakokból festette, ami egyéni rálátást biztosított neki az utakra, terekre, hidakra. Többször megfestette ugyanazt a képet különböző napszakokban, évszakokban, így érzékeltetve a természet változását.
Sok neoimpresszionistához hasonlóan ő is foglalkozott az anarchizmus eszméivel. A Marie François Sadi Carnot francia elnök elleni 1894-es merénylet után őt is körözték, ezért Belgiumba menekült. Ott ismerte meg az építész-tervező Henry van de Veldét. A pointillizmussal kapcsolatos tapasztalatait később a hozzá írt levélben fejtette ki.
A Franciaországot megosztó Dreyfus-ügy a francia művésztársadalmat is megosztotta, a zsidó származású Pissarro szót emelt az egyre erősödő antiszemitizmus ellen. A Dreyfus elleni vádak visszavonását már nem érte meg, 1903 novemberében Párizsban halt meg, a Père Lachaise temetőben nyugszik.
Pissarro tájképei mellett portrékat, aktokat, csendéleteket festett, rajzokat, rézmetszeteket és litográfiákat is készített. 1600 festményt és csaknem kétszáz nyomatot hagyott az utókorra.
Egyik korai képe, a La Varenne-de Saint-Hilarie és kései műve, a Pont Neuf a Szépművészeti Múzeumban látható.
Életművét 1980 óta Pontoise-ban múzeum mutatja be (Musée d’Art et d’Histoire Pissarro). Aukciókon több mint 5200 műve kelt el, sokszorosított litográfiái az interneten egyenként többezer euróért kaphatók. 2014-ben rekordáron, 7,3 milliárd forintért árverezték el a Le Boulevard Montmartre, matinée de printemps (Montmartre sugárút, tavaszi reggel) című képét.
A nyitóképen Camille Pissarro műtermében. Színezett fotó, forrás: Collection Roger-Viollet via AFP