Pierre-Paul Broca est né le 28 juin 1824 à Sainte-Foy-la-Grande, arrondissement de Libourne, département de la Gironde, non loin de Saint-Emilion, dans une famille protestante. Son grand-père, maire de Bordeaux sous la Révolution, y avait été pasteur.
Son père Pierre Jean Benjamin Broca, ancien chirurgien de la Grande Armée, exerçait une médecine de campagne; Pierre-Paul accompagne volontiers son père dans ses tournées auprès de ses malades. Dés son enfance et son adolescence, il montre de l'intérêt pour l'histoire des origines de l'Homme dont il recherchait les traces dans les anciens habitats humains de la Dordogne (c'est l'époque où l'on trouve les premiers outils de pierre taillée), région qui acquit, plus tard, la célébrité que l'on sait dans ce domaine. Sa mère, Annette Thomas est la sœur d'un ministre protestant, elle est décrite comme une femme "de devoir", religieuse et tolérante "conciliant Voltaire et l'Ecriture sainte" (F. Schiller).
Education et premières recherches
Il reçoit son éducation au collège de sa ville natale. 
Enfant prodige, il passe et obtient les baccalauréats "de Lettres" et de "sciences mathématiques" à l'âge de 16 ans seulement. Paul Broca avait le projet d'entrer à l'Ecole Polytechnique, puis il décide de reprendre la clientèle de son père, qui avait été traumatisé - dit-on - par la mort de sa sœur aînée Léontine. Il entre donc à l'université, à Paris, en Faculté de Médecine, à 17 ans, en octobre 1841. Il mène à Paris une vie d'étudiant, surveillant au collège Sainte Barbe tout en suivant des cours à la Sorbonne et au Collège de France.
Externe des Hôpitaux en urologie puis dermatologie, il devient interne des hôpitaux au concours du 26 décembre 1844, au 37e rang sur 38. Son premier poste est dans le service de François Leuret à Bicêtre, puis dans le service Langier à l'hôpital Beaujon, enfin dans le service de Pierre Nicolas Gerdy anatomiste physiologiste et chirurgien. Il passe sa quatrième année d'internat avec Philippe-Frédéric Blandin à l'Hôtel-Dieu.
Aide d'anatomie à 22 ans, prosecteur à 24 ans; avec sa première rémunération il se dote d'un microscope et adhère à la Société anatomique en deuxième année d'internat. Il soutient sa thèse intitulée: "De la propagation de l'inflammation. Quelques propositions sur les tumeurs dites cancéreuses", le 16 avril 1849 à Paris.
Professeur agrégé de clinique médicale à l'Hôpital de la Pitié et chirurgien des Hôpitaux en 1853, il n'a que 29 ans. Rapidement il excelle comme chercheur médical réputé dans de nombreux domaines. Ses premiers travaux scientifiques ont porté sur :
- L'histologie du cartilage.
- C'est encore le microscope qui lui permettra de décrire les aspects histologiques du rachitisme (1851-1852).
- Il étudie les pieds bots et démontre, avec son microscope, que la maladie de Duchenne n'est pas neurologique mais musculaire (myopathie).
- Il travaille, toujours à l'aide de son microscope, sur le cancer et montre, le premier, que les cellules cancéreuses peuvent pénétrer par effraction dans les veines et les lymphatiques, expliquant ainsi la dissémination métastatique. Il écrit, dans sa thèse en 1849, que : "toute observation de cancer non soumise à l'observation du microscope doit être considérée comme non avenue" (cité par Philippe Monod-Broca).
- Il fut encore l'un des premiers, en Europe, à s'intéresser à l'hypnose comme technique d'anesthésie chirurgicale (Broca pratique à l'hôpital Necker une opération sous anesthésie hypnotique dont il rend compte devant l'Académie des Sciences le 5 Décembre 1859). Broca a exercé dans différents services hospitaliers et a eu l'immense mérite d'avoir réalisé la première "craniotomie dirigée" pour un abcès au cerveau qu'il avait situé d'après sa théorie des localisations cérébrales. II n'a pas fait une simple trépanation comme quelque 300 générations de prédécesseurs. Il savait où il allait et il fut le premier à le savoir
- Comme neuro-anatomiste il fit de nombreuses propositions pour la compréhension du système lymbique et du rhinencéphale.
- Un ouvrage de 600 pages sur les anévrysmes et 240 publications représenteront son activité scientifique dans le domaine de la chirurgie dont il présidera l'Académie à 40 ans.
Recherche du centre du langage
Localisation des fonctions cérébrales
Broca est resté célèbre pour sa découverte du centre du langage dans le cerveau. A la Société d'Anthropologie, il y avait une discussion sur le langage et sa localisation ou non dans une zone précise du cerveau. C'est dans ce contexte qu'un certain M. Leborgne, pensionnaire de l'hospice de Bicêtre depuis plus de 20 ans pour une brusque suspension du langage meurt le 17 avril 1861, à l'âge de 51 ans. Il avait été conduit quelques jours auparavant dans le service de Broca pour un phlegmon diffus et gangreneux de la jambe dont l'issue fatale ne faisait aucun doute.
Aphémie puis Aphasie
Broca s'intéressa alors au trouble du langage que présentait le patient indépendamment de son phlegmon. En effet, Leborgne qui n'était affecté d'aucune paralysie des muscles bucco-phonateurs et qui ne présentait aucun trouble de la compréhension verbale, ne pouvait plus prononcer qu'une seule syllabe : "tan" qu'il répétait généralement deux fois, d'où son surnom dans l'hospice, "tan-tan". Broca pratiqua une autopsie du cerveau de Leborgne à la mort de ce dernier et constata une importante lésion syphilitique de l'hémisphère gauche au niveau du lobe frontal. Il présenta cette observation à la Société d'Anthropologie et conclut que la lésion du lobe frontal est à l'origine de la perte de la parole. Curieusement, dans le contexte polémique de l'époque, cette observation n'eut aucun retentissement. C'est six mois plus tard, lorsque Broca présenta le même cas à la Société anatomique de Paris que la controverse fit rage. Dans le texte de cette présentation Broca affirme que la faculté de coordonner les mouvements propres au langage articulé "siège" dans la seconde ou la troisième circonvolution frontale (et, précise-t-il, plus vraisemblablement dans cette dernière), mais il se démarque fortement de la phrénologie de Gall. Il considère même que sa découverte est incompatible avec le système des bosses alors qu'elle est au contraire "parfaitement conciliable avec le système de localisation par circonvolution".
Aire de Broca
L'aire de Broca - 
centre moteur de la parole - (ainsi nommée par David Ferrin était découverte). C'est une zone du cortex cérébral correspondant à la partie inférieure (ou "pied") de la 3e circonvolution frontale inférieure gauche. Elle est localisée en avant de la partie de la circonvolution frontale ascendante qui dirige l'action de la musculature bucco-phonatoire. Elle est l'une des zones responsables du langage. La neuropsychologie était née ainsi que le terme "d'aphasie", imposé par le prestigieux Trousseau au détriment "d'aphémie" préféré par Broca. Paul Broca pensait avoir trouvé le centre unique du langage, mais ceci fut rapidement nuancé par la découverte d'autres zones impliquées dans le langage, notamment par le neurologue allemand Carl Wernicke. A partir de cette observation, Broca développera le concept de "dominance" hémisphérique.
Plus tard, en 1878, il sera l'un des premiers à proposer un modèle fonctionnel du lobe limbique que l'on associe habituellement aux processus émotionnels. Indépendamment de leurs aspects neurochirurgicaux, les travaux de Broca sont à l'origine de la neuropsychologie clinique. Son approche anatomo-fonctionnelle de l'aphasie a fortement influencé les recherches ultérieures en psychologie du langage. Sa conception des localisations cérébrales a largement contribué au développement d'une approche modulaire du fonctionnement cognitif.
Imagerie cérébrale fonctionnelle
Paul Broca fut un pionnier de l'imagerie cérébrale fonctionnelle en inventant une "couronne thermométrique" avec laquelle il pensait pouvoir mesurer les variations de température de la surface du crâne dues à des changements de l'activité du cerveau. Dans une publication de 1861 pour le Bulletin de l'Académie de Médecine, il relate ainsi que lorsqu'on fait exécuter une tâche exigeant de la concentration à un participant, on mesure une augmentation de la température du crâne au niveau des lobes frontaux. Du fait de la difficulté pratique et de la sensibilité de la méthode, la couronne thermométrique sera cependant abandonnée.
Recherche en anthropologie
Mais l'essentiel de ses préoccupation d'homme et de chercheur se concentreront sur ce qui caractérise l'Homme : le cerveau et, au-delà, à l'extraordinaire "odyssée de l'espèce humaine" en devenant, de fait, le fondateur mondial de l'anthropologie physique. L'anthropologie se distingue selon Broca des autres sciences humaines pour se limiter à l' "histoire naturelle du genre humain" ou "science des variations humaines". Cette démarche était en harmonie avec le sens de la vie d'un homme qui a exprimé, maintes fois, un esprit de progrès. La démarche a été longue et difficile car elle touchait des données essentielles sur lesquelles s'appuyaient les fondements culturels de la société de son époque : les origines de l'Homme (il défendait le polygénisme), les fonctions du cerveau (il était localisationniste), les caractéristiques des groupes humains (il avait montré l'inexactitude de la notion de supériorité d'un groupe humain sur un autre et était anti-esclavagiste), l'évolution des espèces (il était critique face aux théories darwiniennes de la sélection naturelle et défendait le rôle de l'hybridation). Il a d'ailleurs, en cultivant des bleuets à l'hôpital de Bicêtre en 1861, où il logeait avec sa famille, démontré l'efficacité de ses théories sur l'hybridation en les faisant devenir blancs. Il abandonnera ses cultures "scientifiques", poursuivies à l'Hôpital Saint Antoine, au moment du siège de Paris, en 1870. A la même époque, un moine augustin de Moravie, Mendel, s'intéressait à la culture de petits pois qui le rendront célèbre.
Combat du mythe de l'évolution
Les fossiles les plus anciens sont ceux d’animaux aussi complexes que les animaux actuels. "Rien n’indique que ces animaux ont dérivé les uns des autres. On ne trouve pas, dans l’observation directe, la preuve que les causes naturelles puissent aller jusqu’à modifier profondément ces caractères (les caractères généraux qui constituent les types d’organisation)". Paul Broca, Bulletin de la Société d’Anthropologie de Paris. (Masson, 1870), tome V, 2e série, p. 203. Après Broca de nombreux scientifiques se sont opposés au Darwinisme social. Charles Darwin élaborait sa théorie sur l'origine des espèces et la survie selon le principe de sélection naturelle. Sa théorie allait ouvrir de nouvelles perspectives concernant les recherches expérimentales sur le cerveau : il était dès lors possible de se fier à des modèles animaux qui pouvaient, ensuite, être extrapolés à l'homme.
L'idée sous-jacente est que les fonctions et la structure du cerveau dérivent d'un même ancêtre commun, donc qu'il y a des traits caractéristiques qui se retrouvent d'une espèce à l'autre; alors que les différences sont le produit de l'adaptation de chaque espèce à son environnement naturel.
Paul Broca élabora avec quelques autres précurseurs, une méthodologie définissant les techniques d'observation, les grilles de mesures et de classifications non seulement dans le cadre de l'anthropométrie mais aussi de la biologie humaine comparée. Parmi les nombreux travaux d'anthropologie physique de Paul Broca, ses recherches sur la torsion des os et la morphologie du cerveau ont eu une grande audience.
Recherche en Craniométrie
En 1868 sont découverts les fossiles de Cro-Magnon dans un abri de la commune de Tayac en Dordogne. Si, en 1868 l’antiquité de l’Homme est définitivement reconnue, ses origines et son évolution (débat autour des hypothèses transformistes et en particulier du darwinisme) sont d’autant plus discutées que les rares os humains exhumés jusqu’alors sont fragmentaires et que leur ancienneté est souvent douteuse. Pour Broca cette découverte constitue le "couronnement" dont les travaux ont fourni "les preuves les plus incontestables et les plus saisissantes de la contemporanéité de l’Homme et du mammouth (…)". Mais il restait encore à connaître les caractères anatomiques de cette race intelligente et artistique dont les admirables sculptures sont pour nous un sujet d’étonnement. "C’est cette lacune que viennent combler aujourd’hui les ossements présentés par Lartet fils » et « M. Lartet fils nous a donné des détails stratigraphiques qui ne peuvent laisser aucun doute sur la haute antiquité des ossements des Eyzies". (Broca, 1868a, p. 350-351).
Ses moyens étaient ceux de l'époque. En anatomiste, il excellait dans la métrologie du crâne. Ses dispositifs ingénieux et le sérieux de ses mesures ont donné des résultats qui, 120 ans plus tard, ont été corroborés par les moyens actuels de l'imagerie numérique du corps humain (E.A. Cabanis). Il disposait à son domicile, 1 rue des Saints-Pères, d'une collection impressionnante de crânes.
Société d'Anthropologie
A la suite du refus que lui a opposé la Société de biologie d'entendre une série de communications sur la transformation des espèces, et après bien des aléas, à 35 ans, le 19 mai 1859, 
il fonde la Société d'Anthropologique de Paris. Elle comporte 19 membres, car la police de l'Empire interdisait les associations de plus de 20 personnes, interdisait également d'y parler de religion ou de politique et imposait la présence, à toutes les séances d'un officier de police. Curieusement, il en sera de même dans les salles de garde des hôpitaux parisien. Elle se réunira, pour la première fois, dans une petite salle de l'Ecole pratique mise à sa disposition par le doyen. En 1861, Broca en sera le secrétaire général attentif et le rédacteur de tous les actes. Paul Broca y prononça sa leçon inaugurale sous la surveillance d'un pouvoir impérial qui craignait les éventuelles conséquences politiques des théories nouvelles sur l'évolution de l'homme. Elle était composée d'hommes, dans leur trentaine : Bertillon, Delasiauve, Geoffroy Saint-Hilaire, Béclard, Fleury, Martin-Magron (son ancien conférencier d'Internat qui sera aussi le premier président)… Broca donne de l'anthropologie la définition suivante qui est pratiquement reprise par les anthropologues d'aujourd'hui.: "l'étude du groupe humain, considéré dans son ensemble, dans ses détails et dans ses rapports avec le reste de la nature".
Il crée la Revue d'Anthropologie en 1872 et l'Ecole d'Anthropologie à Paris en 1876.
Recherche en anatomie
Un autre domaine auquel Broca a significativement contribué est l'anatomie comparée des primates. Il a décrit pour la première fois des trépanations remontant au néolithique.
Il s'est intéressé aux relations entre l'anatomie du crâne et du cerveau et les capacités mentales, comme l'intelligence. Broca n'était pas eugéniste mais partageait avec son époque la conviction d'une hiérarchie intellectuelle des races et des classes. Bien que n'ayant pas eu de démarche politique dans ses recherches, Broca était convaincu de trouver dans le volume d'un encéphale la mesure exacte de l'intelligence humaine: c'était là l'axiome de toutes ses démarches scientifiques. En même temps, Broca croyait fermement à une certaine hiérarchie des classes sociales et des races sur le plan de l'intelligence. Pour démontrer la véracité de sa thèse, Broca rapportaient des faits dignes de foi, sous la forme de nombreuses mesures du volume des encéphales. Il les rendait ensuite compatibles avec sa théorie à travers des corrections fondées sur des intuitions statistiques souvent justes, mais motivées par un souci idéologique difficilement compatible avec une démarche scientifique. Ces périlleuses relations entre la justesse des méthodes statistiques développées, et leur utilisation biaisée par des a priori idéologiques, se retouvera par la suite dans la démarche des eugénistes anglais.
Cette activité de crâniométrie conduira à un amalgame dramatique, l'accusant d'avoir voulu mesurer l'intelligence des divers groupes humains par le volume de leur cerveau alors qu'il a exactement écrit le contraire : "Il ne peut donc venir à la pensée d'un homme éclairé de mesurer l'intelligence en mesurant l'encéphale". C'est dire la difficulté d'aborder des sujets sensibles et d'aller à contre-pied des préjugés.
Vie personnelle
Il se marie le 6 juillet 1857 avec Augustine Lugol, fille du médecin qui a donné son nom à la solution iodo-iodurée.. Le couple eut trois enfants une fille Pauline et deux fils. Les deux garçons Benjamin et Elie Broca seront professeurs de la Faculté de Médecine de Paris, l'un ancien interne des hôpitaux de Paris (Benjamin) l'autre pas.
Paul Broca semble avoir été un indidu remarquable. Ses contemporains le décrivent comme "généreux, compatissant et gentil". Travailleur acharné, il a écrit des centaines de livres et d'articles, dont 53 sur le cerveau. Il a aussi cherché à améliorer les soins de santé des démunis en soutenant l'Assistance publique. Sur le plan spirituel, il a connu un parcours l’éloignant petit à petit de la religion protestante pour la libre pensée militante.
Broca a été dénoncé par les autorités comme un subversif, un matérialiste, et corrupteur de la jeunesse après qu'il ait participé à des débats de "La Libre Pensée" en 1848, courant de pensée dont l'objectif est de limiter le rôle des religions et des clergés dans la vie publique et privée.
En 1867, il est élu à l'Académie de médecine.
Républicain, il sera directeur de l'Assistance Publique. On lui prête l'exploit d'avoir sauvé la caisse de cette noble institution de la convoitise des fédérés. Ses amis de la gauche républicaine le font élire sénateur à vie en 1879.
Il meurt quelques mois plus tard, à 56 ans, le 9 juillet 1880, à Paris, sans avoir réussi à convaincre ses collègues d'ouvrir l'enseignement supérieur aux femmes, mais non sans s'être opposé à l'évêque A. P. Dupanloup qui pensait que l'éducation des femmes devait se faire "sur les genoux de l'église". Il est inhumé au cimetière du Montparnasse.
Pionnier de l’exploration du cerveau humain, découvreur des localisations cérébrales (aire de Broca), fondateur de l’anthropologie d’où allaient jaillir nos actuelles sciences humaines, il a sa place entre les deux géants que furent Claude Bernard et Pasteur. C’était par ailleurs un humaniste qui accordait la primauté à ce que nous appelons désormais le social et la convivialité.
Ouvrages et articles de Pierre Paul Broca
- De la propagation de l’inflammation. Quelques propositions sur les tumeurs dites cancéreuses. Thèse pour le doctorat en Médecine 1849.
- Sur le principe des localisations cérébrales. Bulletin de la Société d'Anthropologie, 1861a, tome II, 190-204.
- Remarques sur le siège de la faculté du langage articulé, suivies d'une observation d'aphémie. Bulletin de la Société Anatomique, 1861c, tome XXXVI, 330-357.
- Sur le principe des localisations cérébrales. P Broca
Bulletin de la Société d"Anthropologie. 1861a, tome II: 190-204.
- Perte de la parole, ramollissement chronique et destruction partielle du lobe antérieur gauche. [Sur le siège de la faculté du langage.] P. Broca
Bulletin de la Société d"Anthropologie. 1861b: tome II: 235-238.
- Remarques sur le siège de la faculté du langage articulé, suivies d'une observation d'aphémie. P. Broca
Bulletin de la Société Anatomique, 1861c, tome XXXVI: 330-357.
- Nouvelle observation d'aphémie produite par une lésion de la moitié postérieure des deuxième et troisième circonvolution frontales gauches. P. Broca
Bulletin de la Société Anatomique, 1861d, tome XXXVI: 398-407.
- Localisations des fonctions cérébrales. Siège de la faculté du langage articulé. P. Broca
Bulletin de la Société d"Anthropologie, 1863, tome IV: 200-208
P. Broca
- Sur la faculté générale du langage, dans ses rapports avec la faculté du langage articulé.
Bulletin de la Société d"Anthropologie deuxième série, 1866, tome I: 377-382.
- Description de la dystrophie musculaire. P. Broca
Bulletin de la Société anatomique de Paris, 1851, 26: 50-64.
- Mémoire sur l’anatomie pathologique du cancer.
Bulletin de la Société anatomique de Paris, 1850, 25: 45 et seq. Mémoires de l’Académie de médecine de Paris,
- La splanchnologie. Paris, 1850-1866.
- Sur l’étranglement dans les hernies abdominales et des affections, qui peuvent le simuler.
Concours thesis for professeur agrégé. Paris, 1853.
- Propriétés et fonctions de la moelle épinière: Rapport quelques experiences de M. Borwn-Sequard: lu a la Société de biologies le 21 Juillet, Bonaventure et Ducessois. With Brown-Séquard. 1855.
- Traité des anévrismes et leur traitement.
Paris, Labé & Asselin, 1856. This 900 page monograph is a classic.
- Première expérimentation de l'hypnotisme en anesthésie chirurgicale par P. Broca
Bulletin de la Société de chirurgie de Paris, 1859, 10: 247-270.
- A propos de l'immutabilité des races et des espèces. P. Broca
Journal de physiologie, Paris, 1858, 2. sér., 1:385-498.
Journal de physiologie, Paris, 1879, 2: 385-455.
- Traité des tumeurs. 2 volumes, Paris, 1866-1869. ( 1st volume 1863).
- Exposition des titres et travaux,
Bulletin de l'Académie de médecine, Paris, 1863, 28: 497.
- Etude sur Celse et la chirurgie romaine.
Conférences historiques de la Faculté de Médecin de Paris, 1866, page 445.
- Recherches sur un nouveau groupe des tumeurs désignées sous le nom d’odontômes. 1867.
- L'homme de Cro Magnon:
Bulletin de la Société d'anthropologie, Paris, 1868, 3: 350-392, 454-510.
- Trépanation néolithique :
Bulletin de la Société d'anthropologie, Paris, 1874, 9: 542-555.
Bulletin de la Société d'anthropologie, Paris, 1876, 11: 236-251, 431-440.
- Mémoires d'anthropologie.
3 volumes. Paris, C. Reinwald, 1871-1878.
- Mémoires sur le cerveau de l'homme et des primates. Paris, C. Reinwald, 1888,