Va néixer a Brussel·les, estudiant a la Universitat Lliure de Brussel·les (ULB). Després d'aconseguir doctorar-se, va treballar amb Alexander Grothendieck en l'Institut des Hautes Études Scientifiques (IHÉS), prop de París. Més tard va col·laborar amb Jean-Pierre Serre en el camp de les L-funcions. Igualment, treballaria amb David Mumford en una nova descripció de l'espai de moduli per a les corbes, una cosa que més tard seria utilitzada per al desenvolupament de la teoria de cordes.
Des de 1970, Deligne va ser membre permanent de la plantilla de l'IHÉS. En aquest moment desenvoluparia els seus treballs més rellevants a la recerca de trobar una prova per a la conjectura de Weil. Per a això, cooperaria amb George Lusztig i amb Anatol Rapoport. Aconseguiria provar la conjectura el 1973, i rebria la medalla Fields el 1978. El 1984 es traslladà a l'Institut d'Estudis Avançats de Princeton a Princeton. Més tard, el 1988, va rebre el premi Crafoord, i el 2004, el Premi Balzan.
O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. «Pierre Deligne» (en anglès). MacTutor History of Mathematics archive. School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews, Scotland.