Jean-Louis Étienne fait ses études à l'école de Vielmur-sur-Agout puis au collège technique de Mazamet (où il obtient un CAP de tourneur-fraiseur), au lycée Jean-Jaurès de Castres puis à la Faculté de médecine de l'université de Toulouse. Docteur en médecine, ancien interne en chirurgie, il fait sa thèse à l'université scientifique et médicale de Grenoble. Il est titulaire d'un diplôme d'études supérieures spécialisées (DESS) de « diététique et génie alimentaire » et d'un diplôme de « Biologie et de Médecine du Sport ». Jean-Louis Étienne est également médecin breveté de la Marine marchande. Il a dans sa jeunesse évolué en tant que demi de mêlée au Castres Olympique.
Jean-Louis Étienne s'intéresse rapidement à l'aspect médical de la physiologie humaine dans des conditions extrêmes. En tant que médecin il participe à de nombreuses expéditions en Himalaya (Broad Peak et face Nord de l'Everest), au Groenland et en Patagonie. Il est coéquipier à bord de Pen Duick VI d'Éric Tabarly lors de sa course autour du monde 1977-78.
Il est connu pour ses expéditions en Arctique et Antarctique, à but scientifique et pédagogique, dont la médiatisation permet de sensibiliser les scolaires et le public au rôle que jouent les région polaires sur l'équilibre et le climat de la Terre.
De 2007 à 2008, Jean-Louis Étienne est directeur général de l'Institut Océanographique de Paris et du Musée océanographique de Monaco.
Pendant l'été 2015 il a animé l'émission On Refait la planète en semaine de {{Heure}} à {{Heure}} sur RTL.