Tanulmányait Avignonban végezte, ahol többek között tanára volt a provanszál nyelven verselő Joseph Roumanille is. Már diákként verselgetett, Homérosz és Vergilius voltak a példaképei, magát később "a nagy Homérosz alázatos tanítványának" nevezte.

Apja tanácsára Aix-en-Provence egyetemén jogot hallgatott, és 1851-ben szerzett diplomát. Ekkor, elsősorban Roumanille hatására úgy döntött, életét a trubadúrok hajdani nyelve, a provanszál nyelv helyreállításának, a provanszál kultúra megőrzésének, a provanszál irodalmi mozgalom megszervezésének szenteli.

1851-től csak provanszál nyelven alkotott, egy évvel később Li Prouvencalo címmel közreadta az első provanszál nyelvű antológiát, és Arles-ba összehívta a provanszál költők kongresszusát. A mozgalom szempontjából fontos dátum 1854. május 24., amikor az Avignon melletti Font Ségugne kastélyban Mistral és hat költőtársa megindította a Félibrige mozgalmat. Magát a félibre szót egy régi krónikából kölcsönözték, és egyként fordítható "törvénytudónak", illetve "a múzsák gyermekének". 1855-től állandó folyóiratuk is megjelent Armana Prouvencau címmel.

1859-ben készült el első és egyik legjelentősebb műve, a tizenkét énekből álló Mireo című elbeszélő költemény. A vergiliusi és homéroszi hatásokat mutató provanszál műeposzt Lamartine is lelkes szavakkal üdvözölte, és 1864-ben Gounod operát írt belőle Mireille címmel. Magyarra Gábor Andor fordította le, és Babits írt róla értő kritikát, amelyben Arany Toldijához hasonlította.

Következő hőseposza, a Calendau - némi aktuálpolitikai töltéssel - a franciáktól való elszakadás gondolatát is megpendítette. 1886-ban hét év munkájával elkészült legnagyobb tudományos vállalkozása, A Félibrige kincsestára, avagy provanszál-francia szótár című munkája. 1876-tól ő volt a Félibrige mozgalom vezetője, 1885-ben megalapította a Revue Félibrienne című folyóiratot, 1891-től pedig elvállalta a l'Aioli című provanszál újság szerkesztését. 1897-ben készült el főműve, a provence-i tájat tizenkét dalban megéneklő A Rhone költeménye című eposza.

1904-ben - megosztva - neki ítélték oda az irodalmi Nobel-díjat "művei eredetiségének elismeréseként, a dél-francia nép lelkületének hűséges ábrázolásáért és azért a jelentős munkáért, amelyet mint provanszál filológus folytatott". A díjjal járó pénzjutalomból Arles-ban létrehozta a Museon Arleatont, a provanszál népművészet múzeumát. Élete utolsó éveiben Moun espelido (Származásom) címmel közreadta nagy sikert aratott memoárkötetét, és egy versgyűjteményt is Az olajbogyószüret címmel.

Szülővárosában, Maillane-ban hunyt el 1914. március 25-én. Egykori iskolája, az avignoni College Royale ma az ő nevét viseli.