Fils de César de Bourbon Vendôme et de Françoise de Lorraine, petit-fils de Henri IV. Il entra très jeune dans l’armée puisqu’il participait à l’expédition de Savoie dès 1628, âgé de 12 ans seulement. Il se distingua aux sièges de Corbie, d’Hesdin et d’Arras.
Suivant l’exemple de son père, il conspira contre le cardinal de Richelieu et dut s’exiler un temps en Angleterre. En 1643, il fut le chef d’une des principales actions contre Jules Mazarin. Anne d’Autriche le fit arrêter et incarcérer au château de Vincennes, dont il s’évada en 1648. Il se cacha d’abord au château de Chenonceaux puis dans le Vendômois.
Il joua un rôle important pendant la Fronde en 1649. En 1652, ayant un désaccord avec son jeune beau-frère le duc Charles Amédée de Savoie Nemours, il se battit en duel et le tua.
S’étant soumis, il se réconcilia avec la Couronne en 1653, et fut chargé de plusieurs expéditions importantes. Nommé à la charge de grand maître, chef et surintendant général de la navigation, il commanda en 1662 la flotte française et remporta de nombreux succès contre les Turcs en Méditerranée. En 1665, il battit deux fois sur mer les Algériens. En 1669, il conduisit des secours aux Vénitiens contre les Turcs, et dirigea les troupes françaises défendant Candie contre les troupes ottomanes ou il fut tué.