Prolífico inventor, en compañía de su hermano Claude diseñó un motor de combustión interna antes de interesarse por la entonces novedosa técnica de la litografía. Recubrió placas de peltre con diversas sustancias fotosensibles e intentó luego copiar sobre ellas diversos grabados situándolas bajo la luz solar. Siguió experimentando en dicha dirección y, en 1816, consiguió fijar, si bien sólo parcialmente, una imagen del exterior de su estudio sobre una lámina de papel recubierta de cloruro de plata.
En el año 1826, empleando un prototipo de cámara de su invención, obtuvo al fin la primera imagen propiamente fotográfica (o mejor dicho heliográfica, como Niepce bautizó su revolucionaria técnica) de la historia, de la que posteriormente se realizaron dos copias fotomecánicas.
Enfrentado al problema de reducir el elevado período de exposición necesario para la confección de sus heliografías, Niepce se asoció con Louis-Jacques Daguerre, pero murió varios años antes de que pudiera contemplar las mejoras introducidas por éste, que finalmente dieron luz a la moderna técnica fotográfica.
