Né à Avranches (Normandie), le 19 mai 1827.
Normalien, il fut professeur de philosophie en province ; arrêté au Coup d’État de 1851, il fut exilé après plusieurs mois de détention ; il fit des conférences en Belgique, exerça le professorat à Zurich et rentra en France en 1859. Challemel-Lacour fit la critique littéraire au Temps, fut gérant de la Revue des Deux Mondes et directeur de la Revue politique ; il a traduit l'Histoire de la Philosophie de Ritter. Il joua un rôle politique important à partir du 4 septembre 1870 ; préfet du Rhône, il réprima les excès des révolutionnaires ; député des Bouches-du-Rhône en 1872, sénateur du même département en 1876, réélu en 1885, il fut ministre des Affaires étrangères en 1882-1883, ambassadeur en Suisse en 1879 et à Londres 1880-1882.
Challemel-Lacour fut élu à l'Académie le 23 mars 1893 en remplacement d'Ernest Renan, et reçu le 25 janvier 1894 par Gaston Boissier.
Mort le 26 octobre 1896.