Il a étudié la médecine à l'École de Médecine de La Rochelle et au Collège de France où il s'est formé sous l'égide de Jean-Nicolas Corvisart. Il a exercé sa profession pendant de nombreuses années à Bordeaux et à Paris, devenant rapidement un médecin très demandé.
En 1802, il publie son premier ouvrage important, « Du Système général et rapide de l'inflammation», qui attire immédiatement l'attention de ses pairs. Cet ouvrage est une véritable révolution dans le domaine médical car Broussais propose pour la première fois que les symptômes d'un malade proviennent des fonctions normales des organes et non pas des agents pathogènes exterieurs.
En 1806, il publie un autre ouvrage important intitulé « Du Mal de Dents», dans lequel il étudie en détail la physiologie et les causes du mal de dents aigu.
Au cours des années suivantes, il publie de nombreux autres ouvrages consacrés à divers domaines de la médecine tels que la fièvre, la gastro-entérite, les affections de la peau et la pathologie du cerveau.
En 1835, il publie son dernier ouvrage, « De la Fausse Maladie». Dans cet ouvrage, il analyse les mécanismes physiologiques des douleurs et des symptômes douloureux, en insistant sur le rôle de l'attention et du contexte psychique dans leur développement.
Broussais a joué un rôle très important dans la révolution de la médecine de son temps, notamment en mettant l'accent sur la physiologie plutôt que sur la pathologie et en introduisant une approche plus holistique dans le diagnostic et le traitement des maladies.
Il est également connu pour avoir formulé la théorie de la « véritable affection » qui fait de lui un précurseur de la psychanalyse. Selon cette théorie, les symptômes douloureux ne résultent pas uniquement d'une maladie organique mais sont également liés à une situation psychologique déroutante pour le patient.
En 1840, un an après sa mort, il est élu membre de l'Académie française.