Alain Prochiantz est ancien élève de l'École normale supérieure (ENS) et a préparé son doctorat d'État à l'université Denis-Diderot à Paris. Il a dirigé l'unité CNRS « développement et évolution du système nerveux » ainsi que le département de biologie de l'ENS. Après avoir soutenu une thèse sur la structure des ARN messagers des picornavirus végétaux, Alain Prochiantz s'est consacré à l'étude de la morphogenèse cérébrale. Ses contributions scientifiques majeures sont la découverte de l'hétérogénéité topologique des astrocytes cérébraux et celle d'un nouveau mode de signalisation par transfert intercellulaire de facteurs de transcription de la classe des homéoprotéines. Son équipe s'intéresse au rôle de cette voie de signalisation au cours du développement cérébral, mais aussi chez l'adulte, ainsi qu'aux pathologies associées à ses altérations. Un résultat particulièrement frappant est la possibilité de rouvrir des périodes de plasticité du cortex cérébral en bloquant transitoirement l'internalisation de l'homéoprotéine Otx2 par des interneurones de la couche IV du cortex cérébral. Cette réouverture a permis de rétablir la vision binoculaire chez des souris porteuses d'une amblyopie expérimentale. À partir de l'analyse des mécanismes de sécrétion et d'internalisation de ces protéines, son équipe a découvert les premiers peptides capables de traverser les membranes cellulaires et de servir de vecteurs pour l'adressage intracellulaire de substances pharmacologiques. Dans cette veine, elle étudie la possibilité d'utiliser certaines homéoprotéines comme protéines thérapeutiques dans plusieurs pathologies, dont la maladie de Parkinson.

En parallèle de ses travaux de recherche, Alain Prochiantz est l'auteur de plusieurs ouvrages destinés à un public plus large. Avec le dramaturge Jean-François Peyret, il a participé à la construction de pièces pour le théâtre qui peuvent être vues comme autant de tentatives de manipulation poétique de la science.

Il a créé et dirigé, au Collège de France, le Centre interdisciplinaire de recherche en biologie, riche de 18 équipes accueillies travaillant dans différents domaines des sciences du vivant.

Alain Prochiantz a été Administrateur du Collège de France de 2015 à 2019.

Il est membre de l'Académie des sciences.