Perrin var fæddur í Lille í Frakklandi, og gekk í École Normale Supérieure í París. Hann var aðstoðarmaður við skólann á tímabilinu 1894-97 þegar hann hóf rannsóknir á katódgeislum og röntgengeislum. Hann hlaut doktorspróf árið 1897. Sama ár var hann ráðinn sem lektor í eðlisfræðilegri efnafræði við Sorbonne í París. Hann varð prófessor við háskólann árið 1910, og gegndi þessu starfi þar til þýska landnámsríkið var tekið í Frakklandi í seinni heimsstyrjöldinni.
Lille, Frakkland