Родители — литовские евреи Соломон Мандельбройт и Мириам Рабинович.
Обучался в Варшавском и Харьковском университетах, окончил последний под руководством Сергея Бернштейна. Продолжил обучение в Парижском университете (окончил в 1923 году), с 1929 года — профессор Университета Клермон-Ферран, с 1938 года профессор в Коллеж де Франс.
Директор серии «Международные математические монографии».
Основные работы в области:
Племянник Шолема Мандельбройта — французский и американский математик Бенуа Мандельброт.