Edukacja Bengio ukończył studia na Uniwersytecie McGilla, uzyskując dyplom licencjata elektrotechniki oraz magistra informatyki. Na podstawie pracy doktorskiej pt. Artificial Neural Networks and Their Application to Sequence Recognition, w 1991 na tym samym uniwersytecie uzyskał stopień doktora w dziedzinie informatyki.
Bengio doskonalił warsztat naukowy w formie studiów podoktoranckich (ang. ), przez pierwszy rok w Massachusetts Institute of Technology (pod kierunkiem ) i kolejny rok w AT&T Bell Labs (pod kierunkiem Yanna LeCune’a i ).
Kariera naukowa i badania W 1993 został wykładowcą Uniwersytetu Montrealskiego, gdzie kieruje Montrealskim Instytutem Algorytmów Uczenia i jest współkierownikiem projektu Uczenie w Maszynach i Mózgu (ang. Learning in Machines & Brains) Kanadyjskiego Instytutu Zaawansowanych Badań (ang. Canadian Institute for Advanced Research). Bengio, wraz z Geoffreyem Hintonem oraz Yannem LeCunem, jest przez wielu zaliczany do grona ojców sztucznej inteligencji i głębokiego uczenia maszynowego.
Jest profesorem Wydziału Informatyki i Badań Operacyjnych na Uniwersytecie Montrealskim oraz kierownikiem naukowym Montrealskiego Instytutu Algorytmów Uczenia (ang. Montreal Institute for Learning Algorithms, MILA).