Párizsban született 1859. december 2-án polgári családban. Apja champagne-i kertjében kezdett festegetni, majd rajzolni tanult, és 1878-ban a párizsi École des Beaux-Arts hallgatója lett. Az iskola hagyománytisztelő légkörét nehezen viselte, már ekkor tudományos kérdésnek fogta fel a festészetet. 1882-től Delacroix komplementer színtörvényének megfelelően szaggatott ecsetvonásokkal dolgozott, és az anyagok szemcsézettségének kihasználásával érzékeltette a tónusokat. Figyelmét ekkor inkább a rajz kötötte le: a fekete-fehér ellentétével eredeti stílust alkotott, amelyet nem annyira a vonalra, mint inkább a tömegre, valamint a részleteket gyakran teljesen magába olvasztó fényre és árnyékra alapozott. Az ismert formákat elrejtve, új nézetben mutatta meg a dolgokat, s ily módon váratlan hatást ért el.
Először 1883-ban állította ki képeit a Salon termeiben, az itt visszautasított Fürdőzők Asniéres-ben című művét később a Független Művészek Csoportosulásának tárlatán mutatta be. Megismerte Puvis de Chavannes monumentális szimbolista festményeit, és találkozott az akkor százéves Michel-Eugéne Chevreul vegyésszel, akinek színelmélete megalapozta későbbi munkásságát. Seurat ezután a három alapszín, a vörös, a kék és a sárga, valamint az ezek kiegészítő színei által elérhető hatást, a fény és a színek összefüggéseit kutatta.
Képein keveretlen apró színfoltokat helyezett egymás mellé, amelyek megfelelő távolságból nézve a recehártyán egyesülnek. A palettán történő keverés helyett tehát az optikai keverés módszerét alkalmazta, amelyet a néző szeme (pontosabban agya) végez el, festményeit szemlélve a színpöttyök egységgé olvadnak össze, a kép villódzva ragyog. Ez a festési technika pointillizmus, divizionizmus (akkor így nevezték), illetve neoimpresszionizmus néven vonult be a művészettörténetbe.
Seurat megpróbálta a képek vonalbeli harmóniáját is tudományosan megszerkeszteni. Művein fontos szerepet játszanak a vertikális és horizontális hangsúlyok és az aranymetszés, ezért a szerkezetes irányok előfutárának is tekinthető. "A harmóniát hang-, szín- és vonalbeli elemekre bonthatjuk, és ezek a harmóniák vidámságot, nyugalmat vagy szomorúságot tudnak kifejezni" - írta. Az esztétikai elméletét és festési módját követő fiatal festők - Paul Signac, Henri-Edmond Cross, Albert Dubois-Pillet - 1884-ben megalapították a "Függetlenek társaságát", amelynek elnöke haláláig Seurat volt.
Seurat igen alapos előtanulmányok - 61 vázlat készítése - után 1886-ban az impresszionisták nyolcadik, utolsó tárlatán mutatta be a Vasárnap délután a Grande Jatte szigeten című képét, amely óriási feltűnést, de botrányt is keltett, mert nem kellő távolságból szemlélve akár zavart is okozhat a nézőben. E festményét Brüsszelben és New Yorkban is kiállították.
Nem csak tájakat, aktokat is festett pontszerű technikával. 1887-ben festette a Modellek, majd A kiállítás című művét, a következő évben a Húszak brüsszeli kiállításán hét képét mutatták be, 1889-ben a Salonban tájképeit állította ki. Képei legtöbbször heves vitákat gerjesztettek, ő azonban nem sokat törődött a kritikákkal. Élete utolsó éveiben együtt élt Madeleine Knobloch-sal, akitől fia született, de kapcsolatát még édesanyja és barátai előtt is titkolta. Utolsó képét, a Cirkuszt befejezetlenül mutatta be a Függetlenek Salonjában 1891-ben. A tüdőbajban szenvedő festő a kiállítás rendezésekor megfázott, és 1891. március 29-én, alig harminckét évesen meghalt.
Hét nagy és mintegy 40 kisebb festményt, 500 vázlatot hagyott hátra, művein a mindennapok Párizsát, a sétáló lányokat és gavallérokat, a cirkuszi artistákat, a pihenő munkásokat ábrázolta. A neoimpresszionistákhoz sorolják, de alkotásai sok tekintetben előkészítették az expresszionizmust, a fauvizmust és a kubizmust, emellett a konstruktivisták is elődjükként tisztelték. Halála után néhány évtizeddel erős hatást gyakorolt Picassóra, Braque-ra és Juan Gris-re, de nem pointillizmusa révén, hanem a művészeti alkotómunka problémáinak tudatosításával.