Родился в небольшой деревушке на юго-востоке Франции, в семье виноградаря. Некоторое время работал помощником аптекаря. В то время он мечтал стать писателем, и, возможно, стал бы (один написанный им водевиль имел успех на сцене), но литературный критик Марк Жирарден, к которому тот обратился за советом относительно литературной карьеры, убедил Бернара отказаться от своего замысла. В 1834 году Бернар поступил в Парижский университет.
Перед членами Парижской академии впервые зачитал переведённый на французский язык труд Пётра Васильевича Рудановского «Observat. sur la structure du tissu nerveux par une nouvelle methode», который по сути вводил в гистологию метод замораживания препаратов.
Будучи интерном в старейшей парижской больнице Отель-Дьё, познакомился с известным физиологом Франсуа Мажанди, который его впоследствии пригласил на работу в свою лабораторию в Коллеж де Франс.
Прежде всего Бернар известен благодаря разработанной им концепции гомеостаза. Его формулировка «Постоянство внутренней среды — залог свободной и независимой жизни» остаётся актуальной и в настоящее время. Много внимания уделял исследованию физиологического действия ядов, особенно кураре и угарного газа.