Som barn deltok Le Chatelier på Collège Rollin i Paris. I en alder av 19 år, etter bare ett års undervisning i spesialiseringsteknikk, fulgte han i farens fotspor ved å melde seg inn i École polytechnique den 25. oktober 1869. Som alle elevene i Polyteknikken, i september 1870, ble Le Chatelier kåret til andre løytnant og deltok senere i beleiringen av Paris. Etter strålende suksesser i sin tekniske skolegang, gikk han inn i École des mines i Paris i 1871.