Né à Paris le 9 octobre 1727.
Bénéficie d'un appartement au château de Versailles, aile gauche des Ministres.

Fait ses études au collège d'Harcourt et soutient sa thèse en Sorbonne en 1751.
Est ordonné prêtre et devient grand-vicaire de l'archevêque de Rouen.
Fréquente les milieux encyclopédistes, notamment Voltaire, d'Alembert et André Morellet.
Nommé évêque de Condom le 11 janvier 1761 par le roi Louis XV.
Archevêque de Toulouse le 2 février 1763.
Nommé avec Turgot en 1766 à la Commission pour les réguliers, commission chargée d'étudier la réforme des ordres religieux.
Abbé commendataire de l'abbaye de Basse-Fontaine (1757), du Mont-Saint-Michel (1766) dont il se démet en 1769 pour l'abbaye de Froidmont, mais également de Moissac en 1775, Moreilles (1776), Saint-Wandrille (1786), Saint-Ouen de Rouen (1786) et Corbie (1788).
En avril 1787, à la suite du renvoi de Calonne, Loménie de Brienne est nommé contrôleur général des finances.
Est limogé de cette charge le 25 août 1788, et remplacé par Necker.
Archevêque de Sens le 18 mars 1788.
Cardinal le 15 décembre 1788.
Nommé ministre d'État en mai 1787 et chef du Conseil des finances.
Nommé membre de l'Académie française en 1770.
Académicien honoraire à l'Académie royale des sciences le 31 août 1787.
Académicien honoraire à l'Académie des inscriptions et belles-lettres en 1787.
Vice-président de l'Académie royale des sciences en 1788.
Président de l'Académie royale des sciences en 1789.

Mort à Sens le 19 février 1794, à la suite de son arrestation par les révolutionnaires.

Armes des Loménie de Brienne : d'or à l'orme de sinople, au chef d'azur chargé de trois losanges d'argent, alias et un tourteau de sable en pointe.

· Newton (William Ritchey), L'espace du roi, La Cour de France au château de Versailles, 1682-1789, Paris, Fayard, 2000.
· Académie des sciences, Index biographique de l'Académie des sciences 1666-1978, Paris, Gauthier-Villars, 1979.
· Mémoires de la société archéologique de Touraine, Paris, t. VII, 1868, p. 605.
· Salvan (abbé Adrien), Recherches historiques sur la liturgie en général, Paris, 1850, p 163.