Geoffroy Saint-Hilaire opiskeli Collège de Navarressa Pariisissa, jossa hänen luonnonhistorian opettajanaan toimi Mathurin Jacques Brisson. Hän jatkoi opintojaan College de Francessa ja Jardin des Plantesissa. Maaliskuussa 1793 Louis-Jean-Marie Daubenton perusti hänelle museoapulaisen viran, mutta jo kesäkuussa 1793 hänet valittiin vastaperustetun Muséum National d'Histoire Naturelleneläintieteenprofessoriksi. 1794 hän oli kirjeenvaihdossa Georges Cuvierin kanssa, mikä johti siihen, että he julkaisivat yhdessä viisi kirjoitusta, joista yhdessä, nisäkkäitä koskevassa, Cuvier esitti eläintieteellisen systematiikkansa. Histoire des Makis, ou singes de Madagascar (1795) oli Geoffroy Saint-Hilairen perustavanlaatuinen kirjoitus omasta teoriastaan.
1798 hänet valittiin Napoleonin suurelle tutkimusretkelle Egyptiin. Retkelle osallistui 167 tiedemiestä ja taiteilijaa. Tammikuussa 1802 hän palasi Pariisiin. 1807 hänet äänestettiin Ranskan tiedeakatemian jäseneksi. Maaliskuussa 1808 Napoleon valitsi hänet tutustumaan Portugalin museoihin. 1809 hän sai professorin viran Pariisissa ja siitä alkaen hän keskittyi tieteelliseen tutkimukseen ja julkaisi useita teoksia, muun muassa Philosophie anatomique (1818, 1822).
Heinäkuussa 1840 Sait-Hilaire sokeutui ja muutamaa kuukautta myöhemmin hänellä oli halvauskohtaus. Hän luopui virastaan museossa 1841. Hänen seuraajakseen valittiin hänen poikansa Isidore Geoffroy Saint-Hilaire.
Geoffroy Saint-Hilarie nimesi lukuisia eliöitä, muun muassa röyhelökotingan.
