Né le 15 juillet 1968 à Boulogne-Billancourt, il a grandi à Châtenay-Malabry dans les Hauts-de-Seine, où il effectue sa scolarité avant de poursuivre ses études supérieures.
Après avoir terminé ses études à l'École centrale Paris en 1990, Laurent Bribonnaud commence sa carrière chez Sema Group, une entreprise française spécialisée dans les systèmes d'information et la télécommunication. En 1993, il rejoint l'entreprise américaine IBM.
En 2004, il rejoint la société de recherche en informatique et intelligence artificielle INRIA pour travailler sur les systèmes d'apprentissage automatique et les systèmes de vision par ordinateur. Il participe à plusieurs projets de recherche importants tels que Visual Speech and Sign Language Recognition, Deep Learning for Sentiment Analysis or Image Understanding.
En 2017, il est nommé directeur scientifique de l'Institut Mines-Télécom, qui regroupe plusieurs écoles d'ingénieurs françaises spécialisées dans les domaines des sciences et technologies de l'information et de la communication. Il continue également à participer à des projets de recherche à travers ses collaborations avec l'INRIA et d'autres institutions.
Laurent Bribonnaud est récipiendaire de plusieurs prix, dont le Prix IBM France de recherche en 2014 pour son travail sur la reconnaissance vocale et gestuelle. Il a également publié des articles dans des revues à comité de lecture spécialisées, dont les Archives of Computational Neuroscience et Journal of Machine Learning Research.
Enfin, il est régulièrement invité à participer à des conférences internationales sur l'informatique et l'intelligence artificielle et a donné de nombreuses conférences à travers le monde.