Poiseuille era filho de Jean Baptiste Poiseuille, um carpinteiro, e Anne Victoire Caumont. De 1815 a 1816, estudou na École Polytechnique, em Paris. Em 1828, tornou-se doutor em ciência, mas os cargos profissionais que ocupou até 1860 são, atualmente, desconhecidos. Os registos profissionais de Poiseuille remontam a este último ano, quando foi eleito inspetor das escolas primárias em Paris. Em 1842, Poiseuille foi eleito para a Académie de Médecine de Paris e para a Société Philomathique, na mesma cidade. Poiseuille foi também membro de várias sociedades estrangeiras, incluindo sociedades de medicina em Estocolmo, Berlim e Breslau (Polónia). Recebeu a Medalha Montyon em 1829, 1831, 1835 e 1843 pelas suas investigações em fisiologia.

Poiseuille está permanentemente associado com a fisiologia da circulação sanguínea nas artérias. Poiseuille melhorou as experiências de medição da pressão arterial, utilizando um instrumento por ele criado, designado hemodinamómetro, mostrando, em 1828, que o valor da pressão arterial sobe e desce na expiração e inspiração. O interesse de Poiseuille pela circulação sanguínea conduziu à experiência sobre o fluxo e saída de água destilada em tubos capilares. Em 1840, Poiseuille registou formalmente a relação matemática que caracteriza o caudal de um fluido. Esta equação indica que o caudal é determinado pela viscosidade do fluido, pela variação de pressão ao longo do tubo e pela quarta potência do diâmetro do mesmo. Em sua homenagem, a unidade de viscosidade dinâmica, no sistema CGS, é designada por poise (símbolo P).