Il a effectué ses études supérieures à l'École Normale Supérieure de Saint-Cloud et a obtenu son agrégation d'histoire en 1978. Il a ensuite soutenu sa thèse de doctorat en histoire moderne à l'université Paris I Panthéon-Sorbonne en 1983, sous la direction de Michel Vovelle.
Sa carrière académique débute à l'université de Bordeaux où il enseigne l'histoire contemporaine. Il a ensuite été professeur à l'université Paris IV Sorbonne et à l'université Panthéon-Assas Paris II. Depuis 2018, il est membre du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) à l'École des hautes études en sciences sociales (EHESS).
Jean-Louis Foulquier a été également secrétaire général adjoint de la Maison française d'Oxford (1984-1986), directeur du Centre d'histoire de Sciences Po Paris (1993-2007) et professeur invité à l'université Columbia à New York (2002).
Ses recherches portent principalement sur l'histoire des sciences et des technologies en France au XIXe siècle. Il a publié de nombreux ouvrages sur ce thème, dont un livre consacré à la physicienne Marie Curie : "Marie Curie, la femme qui voulait savoir tout" (2007). Son dernier ouvrage, "La République des savants. La France et les sciences dans le siècle des Lumières" (2016), a reçu de nombreuses éloges critique.
Jean-Louis Foulquier est également éditeur de la collection "Histoire des sciences" aux Presses universitaires de France (PUF). Il est membre de plusieurs académies et sociétés savantes, dont l'Académie des technologies et l'Association pour l'histoire des sciences, de la technique et de la médecine.
En 2018, il a reçu le prix Broquette-Gonin de l'Académie française pour son ouvrage "La République des savants".