Jogot végzett, s Toulouse parlamentjének jogásza, majd tanácsosa lett. Latin és spanyol nyelven verseket is írt. Matematikával autodidaktaként foglalkozott, mégis korának legeredményesebb kutató matematikusa lett. Kiemelkedő jelentőségű számelméleti eredményeivel messze túlszárnyalta korának tudományos színvonalát. A matematikai elemzés (szélsőérték-feladatok) és a valószínűségszámítás egyik előkészítője volt. A fizikában is jelentőset alkotott, nevét viseli a geometriai optika alaptörvénye. Megállapította a fénytörés törvényét, abból kiindulva, hogy a fény a legrövidebb idejű utat követi. Ez a leggyorsabb fényút elve, a Fermat-elv. A Fermat-féle hányados, a Fermat-féle számok, a Fermat-sejtés és a Fermat-tétel szintén fontos tudományos tényezők. A Fermat-sejtést csak 1993-ban, több mint 300 év után sikerült bebizonyítani. Fermat vetette fel azt a később tudósok nemzedékeit izgató problémát, hogy X négyzet plusz Y négyzet egyenlő Z négyzet egyenlet analógiájára van-e pozitív egész számokból álló megoldásrendszere az X az n-ediken plusz Y az n-ediken egyenlő Z az n-ediken egyenletnek, ahol n kettőnél nagyobb egész szám, X, Y és Z pedig nullánál nagyobb egész számok. Mindaddig csupán sejtették, hogy ilyen megoldásrendszer nem létezik. Castres-ban halt meg 1665. január 12-én.