Diplômée de l’Ecole normale supérieure, agrégée de sciences physiques, docteur ès sciences, PhD, université Paris-Sud, Catherine Bréchignac est une spécialiste de physique atomique. Profitant de la physique nucléaire et de la physique moléculaire, ses recherches ont concerné principalement les agrégats atomiques. Elle est l’une des premières à s’être intéressée à ces objets, parents des nanoparticules.
Présidente du CNRS de 2006 à 2010 et du Haut Conseil des biotechnologies de 2009 à 2010, elle est membre élue à l’Académie des sciences depuis novembre 2005 et secrétaire perpétuelle de l’Académie de 2011 à 2008.
Elle a écrit plusieurs ouvrages, notamment sur la démarche scientifique afin d’expliciter comment se construit la science et se développe la pensée scientifique au fil des ans.