Figli dell'imprenditore e fotografo Antoine Lumiere, Auguste e Louis iniziarono a lavorare con il padre, conducendo esperimenti sul procedimento fotografico e sulla sequenza di immagini. La storia di questa ricerca affondava le proprie origini nell'antichità, dal primo esempio di camera oscura studiato dallo scienziato arabo Alhazen al sistema più elaborato di Leonardo da Vinci e successivamente della Lanterna magica, ritenuta la madre del proiettore.
Per i due fratelli francesi fu decisiva la scoperta di George Eastman che nel 1885 aveva brevettato la pellicola fotografica. Rappresentò il punto di partenza per arrivare a quella dotata dei fori di trascinamento, che costituì l'aspetto distintivo della loro invenzione brevettata il 13 febbraio 1894 (130 anni fa) rispetto alle altre dell'epoca (solo in Inghilterra furono depositati oltre 300 brevetti sulle sequenze fotografiche).
Per mezzo dei fori la pellicola veniva trascinata a scatti (grazie a una manovella), attraverso una piccola scatoletta di legno, facilmente trasportabile, rendendo l'utilizzo di quest'ultima estremamente pratico; una semplice sostituzione della lente permetteva di passare dalla modalità "camera" a quella "proiettore".
La scelta del nome invece fu possibile per puro caso. Un brevetto dal titolo "cinematographe" era già stato rilasciato all'inventore Leon Bouly. Costui, caduto in disgrazia, non fu più in grado di pagare il canone di locazione per i suoi brevetti, lasciando di nuovo disponibile il nome che i due fratelli poterono riutilizzare per la loro macchina (la storiografia moderna è tuttavia concorde nell'attribuire a Bouly la paternità del termine cinematografo).
La prima dimostrazione del suo funzionamento avvenne in forma ristretta alla Société d'Encouragement à l'Industrie Nationale di Parigi, nell'aprile del 1895. Otto mesi più tardi venne presentato al pubblico al Salon Indien du Grand Café (una sala nel seminterrato dello storico locale parigino di Boulevard des Capucines, vicino alla Place de l'Opéra). I dieci episodi di vita reali proiettati sullo schermo entusiasmarono pubblico e stampa.
L'immediato successo fece arrivare ai Lumiere numerose richieste di locazione degli apparecchi, che fecero il giro del mondo. Convinti che il "cinema" avesse un'esistenza effimera, nel 1900 vendettero i diritti di sfruttamento della loro invenzione a Charles Pathé, dedicandosi ad altre invenzioni nel campo della fotografia.
Tre anni più tardi brevettarono l'Autochrome lumiereun, un procedimento di fotografia a colori basato sulla sintesi additiva. Il sistema, sebbene complesso e poco economico, rivoluzionò il campo della fotografia a colori e acquisì popolarità immediata.
