Окончил знаменитую Высшую нормальную школу. Ученик П.Монтеля. Основные работы в области функционального анализа, (особенно спектральной теории операторов), общей топологии (где он ввёл понятие паракомпактного пространства), теории групп Ли и алгебраической геометрии, где он был соавтором своего бывшего ученика А.Гротендика в создании знаменитого курса «?l?ments de g?om?trie alg?brique».
Также важны работы Дьёдонне в области истории математики и принципов обучения математике в школе.