Родился в Марселе, в шестнадцать лет вступил в орден минимов. Посвятил себя изучению математики и физики, изготавливал физические инструменты, был превосходным чертежником, живописцем и токарем. Будучи посланными в монастырь Троицы в Риме, Плюмье изучал ботанику. По возвращении во Францию стал учеником Жозефа Питтона де Турнефора и совершил с ним несколько путешествий.
Исследовал также южное побережье Франции: Прованс и Лангедок. В 1689 году в составе правительственной экспедиции выехал на французские Антильские острова. После завершения экспедиции, результаты которой были признаны очень ценными, Плюмье был назначен королевским ботаником. В 1693 году по поручению короля Людовика XIV он совершил второе путешествие на Антильские острова и в Центральную Америку. В поездке по Вест-Индии его сопровождал доминиканский монах-ботаник Жан-Батист Лаба.
Из Южной Америки Плюмье привёз образцы новых растений. Им были открыты Магнолия (Magnolia), названа в честь французского ботаника Пьера Маньоля, и Бегония (Begonia), названа в честь покровителя Плюмье, Мишеля Бегона.
Умер в 1704 году в испанском городке Эль-Пуэрто-де-Санта-Мария неподалёку от Кадиса, готовясь совершить свою четвёртую экспедицию в Перу.
a также ещё много рукописей и рисунков, которые хранятся в Национальной библиотеке и в Музее естественной истории в Париже.
Род Лобелия (Lobelia) назван им в честь ботаника Маттиаса де Л’Обеля.
Род Беслерия (Besleria) назван им в 1703 г. в честь ботаника и аптекаря Базилиуса Беслера (Германия)
Род растений Плюмерия (Plumeria L.), или Frangipani.