Figlio del matematico e uomo politico francese Paul Painlevé.
Laureato in medicina, partecipò attivamente al movimento d'avanguardia cinematografica dedicandosi poi alla cinematografia scientifica.
Fondatore e direttore dell'Institut du cinéma scientifique, ha realizzato moltissimi documentari divulgativi, caratterizzati da notevole contrappunto fra immagini e suoni.
Filmografia
L'œuf d'épinoche : de la fécondation à l'éclosion, (1927)
La Pieuvre - La piovra, (1928)
La Daphnie - La dafne, (1929)
Hyas et stenorinques, (1929)
Les Oursins, (1929)
Bernard-l'hermite, (1930)
Les Crabes - I granchi, (1930)
Ruptures de fibres, (1931)
Électrophorèse de nitrate d'argent - Elettroforesi del nitrato d'argento, (1932)
L'Hippocampe - L'ippocampo, (1934)
Corèthre, (1935)
Barbe-Bleue, (1936)
Microscopie à bord d'un bateau de pêche - Microscopia a bordo di un battello di pesca, (1936)
Images mathématiques de la quatrième dimension - Immagini matematiche in 4 dimensioni, (1937)