Pertencente a uma família burguesa abastada, doutorou-se na Escola Normal Superior de Paris. Foi seguidor do marxista Louis Althusser. Amigo de Fidel Castro e de Ernesto Che Guevara, nos anos 1960 acompanhou Che na guerrilha, especialmente na Bolívia, onde foi preso em 1967 junto com Irineu Guimarães. Nesse mesmo ano, escreveu sua primeira obra, A revolução na revolução.

Em 1968, a repercussão de seu livro, Revolução na Revolução, fomentou na juventude brasileira, o engajamento na luta armada contra a ditadura militar por parte de muitos jovens.

Pertenceu ao Partido Socialista Francês, do qual se distanciou por diferenças ideológicas com o ex-presidente François Mitterrand.

Atualmente, Debray é mais conhecido como o criador da midiologia — o estudo crítico dos signos e de sua difusão na sociedade. Ele leciona no departamento de Filosofia da Universidade de Lyon.

Foi o primeiro presidente do Instituto Europeu de Ciências das Religiões e membro da Comissão Stasi, que deu origem às leis francesas sobre secularização e ostentação de símbolos religiosos nas escolas em 2003.