Egy Bordeaux melletti kis faluban látta meg a napvilágot, ügyvéd apja gyakran vitte magával üzleti útjaira. A beteges gyermek hamar megtanult úszni, és órákat töltött a tengerparton, az iskola viszont untatta, és egy csínytevése után el is tanácsolták. Húszéves korában felvették a Francia Tengerészeti Akadémiára, ahol pilótának készült, de egy baleset miatt fel kellett adnia a repüléssel kapcsolatos álmait. Lábadozása idején rengeteget úszott, szavai szerint egy nyári napon "kinyíltak a szemeim, és megláttam a tengert".
A II. világháborúban a hadiflotta hadnagyaként szolgált, ekkortájt készítette első víz alatti felvételeit. 1943-ban Emile Gagnan mérnök segítségével sűrített levegőjű búvárkészüléket tervezett, amellyel merülési rekordot állított fel. A szerkezet lehetővé tette, hogy a búvárok ólomtalpú cipő és a felszínre vezető lélegeztető cső nélkül hosszabb ideig szabadon mozogjanak a víz alatt, így született meg a "békaember". 1948-ban otthagyta a haditengerészetet, és megalapította a Francia Oceanográfiai Társaságot, később létrehozta a Francia Mélytengeri Kutató Irodát, a majdani Felsőfokú Tengerészeti Tanulmányi Központot.
1950-ben a sörfőzdéjéről híressé vált Noel Guinness angol-ír milliomos üzletember egy kiszolgált brit aknaszedő hajót bocsátott rendelkezésére jelképes összegért, évi egy frankért. Cousteau a Calypsónak elnevezett hajót kutatóállomássá fejlesztette, felhasználva az akkor elérhető legmodernebb technikai eszközöket. Színes filmfelvételeket készített a mélység világáról. Feltűnést keltett, amikor Marseille közelében egy ókori görög borszállító hajó maradványait fedezte fel 41 méter mélyen a tengerben. 1991-ben ökológiai expedíciója végighajózta a Dunát.
Kutatásainak finanszírozására, felismerve a médiában rejlő lehetőségeket, könyvek írásába, filmek forgatásába kezdett, de célja volt a közvélemény tájékoztatása és a tudomány népszerűsítése is. A legnagyobb sikert A csend világa (1956), A sötétség birodalma (1966) című filmjeivel aratta. Az aranyhal című alkotásáért 1959-ben Oscar-díjat kapott. Sorra jelentek meg sikerkönyvei is, a Cousteau-enciklopédia (1974), Kézikönyv a környezetről (1981), Expedíció az Amazonason (1985), A megsebzett tenger (1987) és Cortez tengere (1988) címmel.
Csapások és kudarcok nem törték meg, pedig egyik fia repülőszerencsétlenség áldozata lett, szabadidőparkja pedig csődbe ment. Hazájában a legnépszerűbb személyiségek közé tartozott, díjakkal, kitüntetésekkel halmozták el, 1988-ban a francia Akadémia tagja lett, a környezetvédők 1981-ben köztársasági elnöknek kívánták jelölni.
1997. június 25-én, 87 éves korában halt meg párizsi otthonában szívroham következtében. Mexikóban tavaly szigetet neveztek el róla, Franciaországban háromdimenziós filmet készülnek forgatni életéről.
