Né le 22 novembre 1722 à Valenciennes.
Fils unique de René-Louis de Voyer de Paulmy, marquis d'Argenson, et de Marie-Madeleine Méliand, il épouse Anne-Louise-Jacquette Dangé puis en secondes noces Marguerite-Suzanne Fyot de La Marche, avec laquelle il aura une fille unique.
Bénéficie d'un logement au château de Versailles, aile gauche des Ministres.

Reçu avocat du roi au châtelet de Paris en 1742.
Conseiller au Parlement le 9 novembre 1744.
Maître des requêtes en 1747.
Nommé le 24 mai 1748 ambassadeur en Suisse, charge qu'il exerce jusqu'en 1751.
Chancelier, garde des sceaux et grand-croix de l'ordre de Saint-Louis en 1748 sur démission de son oncle le comte d'Argenson, puis chancelier de l'ordre de Saint-Lazare en 1757.
Élu membre de l'Académie française le 6 avril 1748.
Nommé secrétaire d'État de la guerre en survivance le 9 octobre 1751, puis en succession de son oncle en 1757, qui s'est de plus chargé de son éducation.
Ministre d'État de 1757 à 1758.
Bailli de Touraine en 1758.
Ambassadeur en Pologne de 1759 à 1765.
Ambassadeur à Venise de 1767 à 1768.
Bailli d'épée de l'Artillerie en 1771, il est à l'origine de la collection imposante de manuscrits, livres et estampes qui deviendra la Bibliothèque de l'Arsenal.
Chancelier de la reine en 1774.
Nommé Académicien honoraire de l'Académie royale des sciences le 1er septembre 1764, puis lors de la réorganisation du 23 avril 1785.
Vice-Président de l'Académie royale des sciences en 1766, 1771 et 1777.
Président de l'Académie royale des sciences en 1767, 1772 et 1778.
Élu membre de l'Académie des Inscriptions et Belles-Lettres.

Mort le 13 août 1787.

Armes d'azur à deux lions léopardés d'or passant l'un sur l'autre, couronnée de même, armés et langués de gueules, écartelé de guessault, qui est d'argent à un face de sable. La branche d'Argenson portait ci-devant sur le tout l'écusson de Venise, qui est d'azur à un lion ailé assis d'or, tenant un livre couvert d'argent, écusson surmonté d'une couronne ducale fermée.

· Combeau (Yves), Le comte d'Argenson, Ministre de Louis XV, Paris, École des chartes, 1999, p 106.
· La Chesnaye Desbois (François-Alexandre Aubert de), Dictionnaire généalogique, héraldique, chronologique et historique, Paris, Duchesne/Durand/chez l'auteur, t. I, 1757, p 117.
· Académie des sciences, Index biographique de l'Académie des sciences 1666-1978, Paris, Gauthier-Villars, 1979.
· Newton (William Ritchey), L'espace du roi, La Cour de France au château de Versailles, 1682-1789, Paris, Fayard, 2000.