По родословной легенде происходил из древнего французского рода Куртене, который выводил себя от короля Людовика VI и к которому принадлежали, в частности, императоры Латинской империи. В Польшу предок Бодуэна де Куртенэ переселился на рубеже XVII—XVIII веков.
Окончил в 1866 году Главную школу в Варшаве. Научную деятельность начинал под руководством И. И. Срезневского. В 1875 году учёный стал профессором, в 1887 году — членом Польской АН, а в 1897 году — членом-корреспондентом Академии наук. Работал в Казанском (1874—1883), Юрьевском (1883—1893), краковском Ягеллонском (1893—1899), Петербургском (1900—1918), Варшавском (с 1918) университетах.
Был дважды женат, вторым браком — на Ромуальде Багницкой, участвовавшей в русской, польской, чешской печати.
С 1910-х годов активно занимался политикой. Принадлежал к кадетскому центру, но по политическим взглядам примыкал к так называемым федералистам-автономистам.
Выступал за культурную самостоятельность Польши и равноправие польского языка с русским. Арестовывался властями Российской империи.
После восстановления независимости Польской республики поселился там и продолжил политическую деятельность, вновь отстаивая права национальных меньшинств — которыми на сей раз оказались уже не поляки, а другие народы, в том числе и русские. В 1922 выдвигался представителями национальных меньшинств (помимо желания) как кандидат в президенты Польши. В первом туре выборов 9 декабря набрал 103 голоса (19,04 %) и занял третье место, выше, чем у избранного в итоге Габриэля Нарутовича; во втором туре — всего 10 голосов, в третьем — 5. Избранный в пятом туре Нарутович получил большую часть голосов, ранее отданных за Бодуэна; поддержка левых и национальных меньшинств вылилась в ненависть к Нарутовичу со стороны правых, и вскоре после избрания он был убит.
В 1919—1929 годах почётный профессор Варшавского университета и заведующий кафедрой сравнительного языкознания. Скончался в Варшаве. Похоронен на евангелическо-реформатском кладбище.
Бодуэн де Куртенэ совершил переворот в науке о языке: до него в лингвистике господствовало историческое направление — языки исследовались исключительно по письменным памятникам. Он же в своих работах доказал, что сущность языка — в речевой деятельности, а значит, необходимо изучать живые языки и диалекты. Только так можно понять механизм функционирования языка и проверить правильность лингвистических теорий.
Бодуэн де Куртенэ в течение многих лет изучал разные индоевропейские языки, писал свои научные труды не только на русском и польском, но и на немецком, французском, чешском, итальянском, литовском и других языках. Работая в экспедициях, исследовавших славянские языки и диалекты, он фиксировал все их фонетические особенности. Его открытия в области сопоставительного (типологического) анализа славянских языков предвосхитили появление идей, которые позднее нашли своё отражение в работах выдающегося типолога-слависта Р. О. Якобсона. Эти исследования позволили Бодуэну де Куртенэ (с учётом идей рано умершего младшего коллеги, талантливого Н. В. Крушевского — также поляка, работавшего в Казани) создать теорию фонем и фонетических чередований. Теория изложена в его «Опыте фонетических чередований» (1895). Её логическим продолжением явилась созданная учёным теория письма. Таким образом, Бодуэн выступил основоположником фонологии и предшественником теории Н. С. Трубецкого.
Бодуэн де Куртенэ первым начал применять в лингвистике математические модели. Доказал, что на развитие языков можно воздействовать, а не только пассивно фиксировать все происходящие в них изменения. На основе его работ возникло новое направление — экспериментальная фонетика.
Подготовил третью и четвёртую редакции словаря В. И. Даля, уточнив этимологии, исправив разделение на гнёзда (у Даля часто произвольное), а также пополнив его новыми словами, в том числе внеся отсутствовавшую у Даля вульгарно-бранную лексику. За свои дополнения был подвергнут жёсткой критике, в советское время «Бодуэновский словарь Даля» не переиздавался. Переиздания советского времени опираются на оригинальный текст второго издания словаря Даля; версия Бодуэна обычно считается самостоятельным словарём.
Бодуэн де Куртенэ активно интересовался искусственными языками, неоднократно выступал сторонником эсперанто. В октябре 1907 года он участвовал вместе с Отто Есперсеном и другими учёными в международной делегации по принятию международного вспомогательного языка (фр. D?l?gation pour l'Adoption d'une Langue Auxiliaire Internationale) в качестве её вице-председателя. Был лично знаком с Л. М. Заменгофом, основателем эсперанто, но эсперантистом себя не считал.
Работая в Казани в 1874—1883 гг., учёный основал Казанскую лингвистическую школу, в рамках которой расцвёл талант крупнейшего учёного В. А. Богородицкого, под его непосредственным влиянием проходило становление замечательных русских лингвистов XX века Л. В. Щербы и Е. Д. Поливанова. Учеником и последователем В. А. Богородицкого считал себя и выдающийся татарский ученый-тюрколог Г. Х. Ахатов.
Некоторые из трудов Бодуэн де Куртенэ были напечатаны в воронежском журнале «Филологические записки».