Ebbesen vokste opp i Frankrike og dro etter fullført gymnas til USA, der han studerte kjemi og biologi ved Oberlin College i Oberlin i Ohio. Han fortsatte studiene ved Université Pierre-et-Marie-Curie i Paris, der han tok doktorgraden i fysisk kjemi. Etter dette arbeidet han ved Notre Dame Radiation Laboratory i USA. Han flyttet så til Japan. Han arbeidet for NEC fra 1988, først ved Fundamental Research Laboratories i Tsukuba, der han ble forskningssjef og senere ved NEC Research Institute i Princeton. I 1999 ble Ebbesen professor ved universitetet i Strasbourg.