Fillion ble presteviet i 1867 og trådte inn i sulpicianernes kongregasjon. Han ble professor foür bibeleksegese og hebraisk ved de teologiske seminarer i Reims og Lyon. I oktober 1893 ble han kalt til Institut catholique de Paris der han fikk lærestolen i eksegese og bibelstudier etter Alfred Loisy som han ofte var faglig uenig med. Senere ble han medlem av den pavelige bibelkommisjon.