Il est fils unique du peintre de l'académie de Saint-Luc, Nicolas Boucher. Après une formation auprès de François Lemoyne, il remporta le Prix de Rome en 1720 et séjourna en Italie de 1727 à 1731.

Il obtint à son retour des succès de société, ainsi que la faveur de Madame de Pompadour, et devint le peintre à la mode. Il fut admis à l'Académie royale de peinture et de sculpture en tant que membre en 1734 et succéda à Carle Vanloo comme Premier Peintre de Louis XV en 1765. Il travaillait avec une extrême facilité et se vantait d'avoir gagné jusqu'à 50 000 francs par an.

Il a notamment peint des scènes pastorales ou mythologiques d'une gracieuse virtuosité. Ses œuvres tardives sont sensuelles, décrivant un monde idyllique. Son style passa de mode avec l'arrivée du néoclassicisme. Il peignait avec grâce, mais on l'accuse d'avoir corrompu l'art et d'avoir introduit un genre fade et maniéré.

Le jeune Jacques-Louis David fut présenté à Boucher, qui était un cousin éloigné de sa mère, pour devenir son élève mais celui-ci préféra le confier à Joseph-Marie Vien. Son fils Juste-Nathan Boucher fut architecte et peintre d'ornement.