Родился в Таллуаре (Савойя). Французский химик, член Парижской Академии наук. В 1768 г. окончил Туринский университет. В 1770–1783 гг. – практикующий врач, лейб-медик при дворе герцога Орлеанского. Одновременно занимался исследованиями в области химии, организацией химических и металлургических производств. С 1794 г. – профессор Высшей нормальной и Политехнической школ в Париже, научный консультант Наполеона Бонапарта.
Наиболее важные исследования Бертолле выросли из решения практических задач. Им была создана первая теория химических равновесных процессов: на основании наблюдений за процессами выпадения осадков из соленых вод озер пришел к выводу о зависимости направления реакций и состава образующихся соединений от массы реагентов и условий реакций. По вопросу о непостоянстве состава соединений вел длительную полемику с Ж.Л. Прустом, которая закончилась поражением Бертолле. Спустя сто лет Н.С. Курнаков получил соединения переменного состава и назвал их «бертоллидами». Бертолле установил состав аммиака, синильной кислоты и сероводорода. Открыл соли хлорноватистой и хлорноватой кислот (хлорат калия назван в его честь «бертоллетова соль»), нитрат серебра («гремучее серебро»). Разработал способ беления полотна, воска, бумажной массы хлором. Вместе с А.Л. Лавуазье, Л.Б. Гитоном де Морво и А.Ф. Фуркруа разработал новую химическую номенклатуру и классификацию тел.
Бертолле совместно с Лавуазье и другими учеными издавал с 1789 г. журнал «Annales de chimie» («Анналы химии»), был основателем Аркейского общества, труды которого выходили в свет с 1807 по 1817 гг. Основал лучшие до сих пор высшие учебные заведения Парижа – Нормальную и Политехническую школы.
Клод Луи Бертолле, который в глазах многих современников и потомков имел репутацию беспринципного и тщеславного придворного и даже не выступил в защиту своего друга и коллеги Лавуазье, когда тот был осужден и приговорен к смертной казни, был тем не менее талантливым ученым и вошел в историю как автор многих химических открытий.
Он умер в 1822 г. в Аркейе, где располагалась созданная им лаборатория.