Quételet étudia l'astronomie à l'Observatoire de Paris et la théorie des probabilités avec Laplace.

Il fut docteur en sciences de l'Université de Gand, puis professeur aux athénées royaux de Gand et Bruxelles. Dans Sur l'homme et le développement de ses facultés, essai d'une physique sociale (1835) Quételet présenta sa conception de l'homme moyen comme possédant, pour chaque caractéristique, la valeur centrale autour de laquelle les mesures de cette grandeur étaient groupés suivant une courbe normale.

Influencé par Pierre Laplace et Joseph Fourier, Quételet fut le premier à utiliser la courbe normale autrement que comme répartition d'erreurs. Ses études sur la consistance numérique des crimes suscita une large discussion entre liberté et déterminisme social. Pour son gouvernement il rassemblait et analysait les statistiques sur le crime, la mortalité etc. et il apporta des améliorations dans les prises de sanctions. Son travail suscita une grande controverse parmi les sociologues du 19e siècle.

A l'observatoire de Bruxelles, qu'il établit en 1833 à la demande du gouvernement belge, il travailla sur les données statistiques, géophysiques et météorologiques, étudia les pluies de météores et établit des méthodes de comparaison et d'évaluation des données.

Quételet organisa la première conférence internationale de statistique en 1853.

La mesure d'obésité utilisée internationalement est l'indice de masse corporelle (IMC) défini par Quételet. IMC = (poids en kilogrammes)/(hauteur en mètres)² ; si IMC > 30, alors une personne est considérée obèse.