Antoine Hennepin wurde in Ath in den Spanischen Niederlanden (dem heutigen Hennegau, Belgien) geboren. Als er 1659 in der Stadt Béthune lebte, wurde diese von der Armee Ludwigs XIV. von Frankreich eingenommen. Henri Joulet, der Hennepin begleitete und sein eigenes Reisetagebuch verfasste, nannte Hennepin einen Flamen (einen Eingeborenen aus Flandern), obwohl Ath ein romanischsprachiges Gebiet im heutigen Wallonien war und ist. Joulets Verwendung des Begriffs „Flame“ deutet auf ein mangelndes Verständnis oder eine Verallgemeinerung dieser damals üblichen Bezeichnung hin.
Hennepin trat den Franziskanern bei und predigte in Halles (Belgien) und im Artois. Danach wurde er mit der Leitung eines Krankenhauses in Maestricht betraut. Kurzzeitig war er auch Armeekaplan.
Auf Ersuchen Ludwigs XIV. schickten die Récollets im Mai 1675 vier Missionare nach Neufrankreich, darunter Hennepin, begleitet von René Robert Cavelier, Sieur de la Salle. Im Jahr 1676 ging Hennepin zur Indianermission in Fort Frontenac und von dort zu den Mohawks.
Im Jahr 1678 wurde Hennepin von seinem Provinzoberen beauftragt, La Salle auf einer Expedition zur Erkundung des westlichen Teils von Neufrankreich zu begleiten. Hennepin brach 1679 mit La Salle von Quebec City aus auf, um die 45-Tonnen-Barke Le Griffon zu bauen, die Großen Seen zu durchsegeln und den unbekannten Westen zu erkunden.
Hennepin war mit La Salle beim Bau von Fort Crevecoeur (in der Nähe des heutigen Peoria, Illinois) im Januar 1680 dabei. Im Februar schickte La Salle Hennepin und zwei andere als Vorauskommando auf die Suche nach dem Mississippi. Die Gruppe folgte dem Illinois River bis zu seiner Mündung in den Mississippi. Kurz darauf wurde Hennepin von einer Sioux-Kriegstruppe gefangen genommen und eine Zeit lang in den heutigen Bundesstaat Minnesota verschleppt.
Im September 1680 erhielten Hennepin und die anderen dank Daniel Greysolon, Sieur Du Lhut, Kanus und durften nach Quebec zurückkehren. Hennepin kehrte nach Frankreich zurück und erhielt von seinem Orden nie die Erlaubnis, nach Nordamerika zurückzukehren. Lokale Historiker schreiben dem Franziskaner-Récollet-Mönch zu, dass er der erste Europäer war, der an der Stelle des heutigen Hannibal, Missouri, an Land ging.
Durch Hennepin wurde die Welt auf zwei große Wasserfälle aufmerksam gemacht: Die Niagarafälle mit der größten Wassermenge in Nordamerika und die Saint Anthony Falls im heutigen Minneapolis, der einzige natürliche Wasserfall am Mississippi. Im Jahr 1683 veröffentlichte er ein Buch über die Niagarafälle mit dem Titel A New Discovery. Der regionalistische Maler Thomas Hart Benton schuf ein Wandgemälde mit dem Titel „Father Hennepin at Niagara Falls“ für die New York Power Authority in Lewiston, New York.