Elu membre de l'Académie des sciences de Paris en tant que géomètre-adjoint, en 1783, le maréchal de Castries, alors ministre de la Marine, le choisit comme examinateur des gardes-marine. Cette nomination représenta un tournant considérable dans sa vie professionnelle. Pendant plusieurs années, il alterna les voyages d'inspection dans les différents ports du pays hébergeant des écoles de la Marine, avec la rédaction de ses mémoires en mathématiques, physique et chimie.
Devenu l’un des plus importants scientifiques de France, la Révolution, qu’il soutint, changea une nouvelle fois sa vie. Membre du Club des Jacobins, il continua de travailler sur des projets militaires ou encore sur une réforme du système éducatif.
Ministre de la Marine et des Colonies (10 août 1792 – 10 avril 1793), il élabora un plan de réorganisation du corps maritime et des ports, mais fut contraint à démissionner de son poste par l’obstruction systématique des partisans de Brissot de Warville.
Fondateur de l’Ecole polytechnique puis de l’Ecole normale des instituteurs, il participa à l’expédition d’Egypte et devint président de l’Institut égyptien des sciences et des arts au Caire.
Député au Conseil des Cinq-Cents, puis au Conseil des Anciens, très proche de Bonaparte et favorable au coup d’Etat du 18-Brumaire, il en fut récompensé par un poste de sénateur à vie et une promotion à la Légion d’honneur. Membre de l’Académie des sciences, en reconnaissance de son remarquable travail de fouilles réalisé sur le site des pyramides en Egypte, il fut fait comte de Péluse (act.Tell el-Farama) (1808).
Inventeur de la géométrie descriptive, ses travaux mathématiques firent autorité dès la publication d’Application de l’algèbre à la géométrie (1805), et d’Application de l’analyse à la géométrie (1819). Il fut également l’initiateur du principe des rotations contingentes, du système métrique contemporain, ainsi que de la détermination du sens des équations aux différentielles partielles.
Malgré ses grands mérites scientifiques, il fut écarté par la Restauration. Plusieurs attaques d’apoplexie le menèrent à la tombe. La tradition veut qu’il mourût de chagrin d’avoir été chassé de l’Ecole polytechnique et de l’Institut. Il disait souvent « J'ai quatre passions : La géométrie, l'Ecole polytechnique, Bonaparte et Berthollet ! »
Mort dans la disgrâce totale, si aucun hommage officiel ne lui fut rendu, nombreux de ses amis suivirent ses modestes funérailles de l’église Saint-Thomas d’Aquin jusqu’au cimetière du Père-Lachaise où il fut inhumé.
Bravant l’interdit voulu par la Restauration pour mettre au pas ces jeunes « libéraux », le 2 août, les élèves de l'Ecole polytechnique lui rendirent un dernier hommage sur place.