Hijo del matemático Joseph Bertrand, inicia sus estudios en 1867 en la Escuela Politécnica; en 1869 pasa a estudiar en la Escuela de Minas de París.
Consigue analizar y dar explicación al doble cabalgamiento de Glaris, en los Alpes de Glaris, posteriormente sobre la anomalía estratigráfica del Beausset, elabora nuevas teorías y las presenta en los Congresos geológicos de Zúrich y San Petersburgo.
Precisa la hipótesis de Eduard Suess y anticipa que América del Norte y Europa se habían formado por tres plegamientos sucesivos situados en el borde meridional de un antiguo continente primitivo.
Posteriormente recibe de nuevo la Audaz en 1890 y el Petit d'Ormoy en 1893.
Con Mathilde tuvo otros hijos, Fanny Bertrand (casada con el pintor William Laparra), Claire Bertrand (pintora, casada con el así mismo pintor Willy Eisenschitz), Thérèse Bertrand-Fontaine (eminente médico e investigadora) o Louise Bertrand (casada con el geólogo Eugène Raguin).