Son père, Jean Bouguer, l'un des meilleurs hydrographes de son époque, était professeur au Croisic et auteur d'un traité de navigation. En 1713, Pierre Bouguer est engagé pour succéder à son père. En 1727, il obtient un prix de l'Académie des sciences pour sa présentation Sur la meilleure manière de former et distribuer les mâts des bateaux et deux autres prix pour ses dissertations Sur la meilleure méthode pour observer l'altitude des étoiles en mer et Sur la meilleure méthode pour observer la variation de la boussole en mer, tenant compte de certaines anomalies de la pesanteur.
En 1729, il publie un Essai d'optique sur la gradation de la lumière, dont l'objet est de définir la quantité de lumière perdue par le passage à travers une étendue donnée de l'atmosphère terrestre énonçant pour la première fois ce qui est appelé souvent la loi de Beer-Lambert et parfois, plus correctement, la loi de Bouguer. Il trouve que la lumière du Soleil est 300 000 fois plus intense que celle de la Lune. Cet essai est véritablement novateur. D'une part, c'est le premier compte rendu de mesures photométriques de luminance mais en plus, Bouguer y démontre le phénomène d'adaptation à la luminosité en donnant une valeur relative (de 1/64) au-dessous de laquelle la discrimination de deux intensités lumineuses différentes est impossible. Ce dernier résultat anticipe de deux siècles les travaux de la psychophysique si bien que l'un des fondateurs de cette discipline, Ernst Weber gardera son nom pour désigner le rapport entre seuil de détection et intensité: C’est le rapport de Bouguer-Weber aussi appelé seuil différentiel relatif.
En 1730, il est nommé professeur d'hydrographie au Havre, et succède à Pierre Louis Maupertuis comme géomètre associé à l'Académie des Sciences. Il est également l’inventeur d'un héliomètre, amélioré ensuite par Joseph von Fraunhofer. Il est élu à l'Académie des sciences à la place de Maupertuis et s'établit à Paris.
En 1735, il vogue avec Charles Marie de La Condamine, Louis Godin, chef de l'expédition, et Joseph de Jussieu pour le Pérou, afin de mesurer un degré d'arc de méridien près de l'équateur. Dix années s'écoulent pour cette opération délicate dont le rapport est publié en 1749 dans Détermination de la Figure de la Terre. Lors de ce voyage, il fait des observations d'ordre gravimétrique en altitude et il met ainsi en évidence l'anomalie qui porte son nom. En 1746, il fait publier son œuvre magistrale Traité du navire, la première synthèse de l'architecture navale, où il explique l'utilisation du métacentre comme mesure de la stabilité des navires. Presque tous ses écrits ultérieurs concernent la théorie de la navigation et de l'architecture navale. Bouguer est devenu membre de la Royal Society le 25 janvier 1750.
En mathématiques, Pierre Bouguer travaille sur les courbes dans le plan et étudie, le premier, la «courbe de poursuite» en 1732. Il introduit en 1734 les symboles pour supérieur ou égal et pour inférieur ou égal.
Le cratère Bouguer sur la Lune et le cratère Bouguer sur Mars portent son nom.
Publications
• Entretiens sur la cause de l'inclination des orbites des planètes, où l'on répond à la question proposée par l'Académie royale des sciences (1724)
• De la mâture des vaisseaux, pièce qui a remporté le prix de l'Académie royale des sciences proposé pour l'année 1727 (1727)
• Essai d'optique sur la gradation de la lumière (1729)
• Traité du navire, de sa construction et de ses mouvemens (1746)

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