Uno de tres hijos, Henri Fantin-Latour (nacido Ignace Henri Jean Fantin-Latour) nació de una madre rusa y del pintor de retratos y tutor de dibujo francés, Theodore Fantin-Latour. A los 5 años, él y su familia se mudaron a París, donde comenzó a estudiar dibujo bajo la tutela de su padre. Más tarde, entre los 14 y los 18 años, estudió con el artista Horace Lecoq de Boisbaudran, conocido por hacer que sus estudiantes observaran obras exhibidas en el Louvre y luego intentaran reproducirlas de memoria.
Aunque en 1854 asistió brevemente a la École des Beaux-Arts, donde conoció a amigos de toda la vida y futuros colaboradores, James Abbott McNeill Whistler y Alphonse Legros, y trabajó un tiempo en el estudio de Gustave Courbet, la mayor parte de su tiempo seguía dedicada a copiar obras en el Louvre. Se centró en reproducir pinturas de los grandes maestros, y durante gran parte de su carrera temprana, se ganó la vida con estas copias. También conoció a Édouard Manet, Berthe Morisot, Edgar Degas y Victoria Dubourg (su futura esposa) mientras practicaba en el Louvre.
A mediados del siglo XIX, París era considerado el epicentro de la creación artística y los aspirantes a artistas contemporáneos gravitaban hacia la capital francesa. Fantin-Latour, Legros y McNeill Whistler estaban entre este grupo de esperanzados, aunque, en un entorno donde el individuo y la expresión individual eran sacrosantos, decidieron formar la Société des trois. Los tres colegas se adhirieron a un conjunto de principios artísticos que ayudaron en su transición de aficionados a profesionales. La Société des trois duró aproximadamente diez años (entre 1858 y 1868) antes de que cada artista estuviera lo suficientemente establecido para seguir su propio camino.
Durante su carrera temprana, Fantin-Latour pintó principalmente autorretratos y retratos familiares. Tras el rechazo de uno de sus retratos por el Salón de París en 1859, centró su atención en la pintura de naturalezas muertas. Persuadido por Whistler para visitar Londres, Fantin-Latour descubrió que sus nuevas naturalezas muertas, pintadas de manera muy realista, eran especialmente apreciadas. En Londres también conoció a Edwin y Ruth Edwards, quienes se convertirían en amigos y mecenas de por vida. El artista no tuvo que esperar mucho para ser apreciado en su país natal tampoco. Expuso por primera vez en el Salón de París en 1861 y luego en la Royal Academy (en Londres) en 1862. Un año después, aunque su trabajo tendía a ser de estilo académico, expuso junto a Paul Cézanne, Camille Pissarro, Whistler y Édouard Manet, en el famoso Salón de los Rechazados, una exposición que hizo mucho por anunciar a los impresionistas.
Una vez de vuelta en París, Fantin-Latour pasó la mayor parte de su tiempo con un círculo artístico muy unido que se reunía regularmente en los cafés del Boulevard St. Germain. Pasó muchas horas en el estudio de Manet y pintó varios retratos de la comunidad artística allí (Manet correspondería incluyendo a Fantin-Latour y otros del grupo en su pintura "Música en las Tullerías"). Sin embargo, a pesar de su vibrante círculo social, Fantin-Latour siguió siendo algo outsider y, a medida que envejecía, pasaba cada vez menos tiempo en los cafés de artistas, prefiriendo dedicar tiempo a sus amistades más antiguas. El arte de Fantin-Latour entró en su fase madura alrededor de mediados de los 1860 y principios de los 1870. Tras cambiar su círculo social, comenzó a experimentar intencionadamente con la litografía (habiendo aprendido la técnica del cuñado de Whistler) y con escenas mitológicas y obras inspiradas en partituras operísticas.
El período de madurez de Fantin-Latour coincidió con grandes cambios personales. Durante mucho tiempo sintió que era inmune a las alegrías del amor. En 1866, escribiendo a Whistler, le confesó a su amigo: "Siento muy poco afecto por las mujeres [...] Me asustan y no me gustan". La artista y escritora Elizabeth Kane ha conjecturado que esta aversión probablemente se afianzó en 1867, año en que perdió a su madre. Su muerte coincidió con la "pérdida" de sus dos hermanas; la primera se casó con un general ruso y nunca más se la volvió a ver; la segunda fue internada. Kane ha sugerido que, de hecho, él trasladó su amor por las mujeres a los retratos de sus modelos femeninas.
La actitud de Fantin-Latour cambió cuando, en 1869, conoció y se enamoró de la también pintora de bodegones Victoria Dubourg. A pesar de ser prácticamente inseparables, la pareja tuvo que esperar hasta 1876 para casarse. Este prolongado compromiso fue resultado del deber de cuidado de Fantin-Latour hacia su padre anciano y su hermana internada. Sin embargo, una vez que su padre falleció, Fantin-Latour, habiendo recibido su herencia, estaba financieramente preparado para mantener a su esposa. La pareja pasaba todos los veranos en la finca de la familia de Victoria en Normandía. El clima de Normandía permitía que florecieran diferentes tipos de flores, lo que le dio a Fantin-Latour la oportunidad de ampliar el alcance de sus temas de bodegones. El matrimonio también significó que pudo integrarse en el cercano círculo familiar de Dubourg, lo que ayudó en cierta medida a aliviar sus sentimientos de pérdida.
Aunque continuó pintando bodegones, a partir de 1876 Fantin-Latour comenzó a explorar cada vez más las posibilidades de la litografía, que utilizó para ilustrar tanto obras de sus compositores favoritos como escenas mitológicas. Ese mismo año exhibió una de sus litografías en el Salón con gran éxito. Su prestigio como artista fue oficialmente reconocido cuando recibió la medalla de la Legión de Honor en 1879. Exhibió sus litografías de manera constante hasta el final de su vida, declarando en 1901: "Nunca más flores ni retratos. Me divierto pintando lo que se me ocurre y, afortunadamente, tengo un marchante que compra todo lo que hago".
Se sabe poco sobre el final de la vida de Fantin-Latour. La pareja se instaló en el apartamento encima del estudio de Henri, donde vivieron el resto de sus vidas. El estudio fue descrito por el artista Jacques-Emile Blanche como "una especie de granero de madera, pintado de rojo, blanco y azul, que Degas llamó la tienda orleanista de Fantin, aunque era republicano, anticlerical y antimilitarista". La pareja no tuvo hijos, y lo que se sabe destaca una existencia contenta y sociable. Continuaron veraneando anualmente en Normandía, y fue allí donde Henri falleció en agosto de 1904 (Victoria le sobrevivió 22 años).