Pierre Legrain a publié plus de 80 articles scientifiques. Après un doctorat en génétique et immunologie, il a orienté ses recherches à l'Institut Pasteur vers la biologie moléculaire et cellulaire, développant plus particulièrement une méthode d'exploration des interactions protéine-protéine à grande échelle. Sur la base de cette technologie, il a cofondé en 1998 la première société de biotechnologie pasteurienne, Hybrigenics, dont il a été le directeur scientifique pendant cinq ans. Il a également participé pendant quinze ans à la Human Proteome Organization (HUPO) où il a été chargé de la mise en œuvre du projet mondial le Human proteome project. Il a rejoint l'École polytechnique en tant que doyen de la Graduate School (2011-2014) avant de revenir à l'Institut Pasteur comme Directeur du développement (2014-2017). Depuis 2018, il a repris une activité de recherche à plein temps avec un projet, Intermuse, portant sur l'héritage biologique et la transmission culturelle.
