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리만 적분을 일반화시켜 적분 분야에서 대변혁을 일으켰다. 1906년까지 렌대학교에서 전임강사로 있다가 포이티에로 가서 처음에는 이학부의 조교가, 나중에는 교수가 되었다. 약 6년 뒤 파리로 가서 주임강사로 있었으며, 그뒤에 콜레주 드 프랑스의 교수가 되었다.

1917년 생투르상을 받았으며, 1922년 파리 과학 아카데미의 회원이 되었다. 1924년 런던 수학학회의 명예회원, 1930년 런던 왕립학회의 외국인 회원이 되었다. 그 시대의 가장 위대한 수학자 가운데 한 사람으로서, 르베그 포장정리는 위상수학에 중요한 공헌을 했고 푸리에 급수와 퍼텐셜 이론(보존 에너지장을 기술하는 함수론)에도 얼마간 업적을 남겼다. 그러나 그의 주된 연구는 적분에 있다.

19세기말에 이르러 수리해석은 실제로 연속함수에만 한정되어 있었고, 특이한 함수를 더 많이 만날수록 더 자주 나타나는 불연속함수에 대처할 인위적인 제한이 필요했다. 리만 적분법은 단지 연속함수와 몇몇 불연속함수에만 적용할 수 있었다. 에밀 보렐, 카미유 조르당, 그리고 다른 수학자들의 측도론과 면적론에 대한 연구에 영향을 받아, 1901년 측도론을 정립했고 그 다음해에 정적분을 새롭게 정의했다.

이 르베그 적분은 현대의 실해석학(實解析學)에 커다란 공헌을 했다. 르베그 적분에 의해 유계적분가능함수는 이 함수의 부정적분의 도함수이다(측도가 0인 집합에서는 성립하지 않음). 또한 르베그 적분은 푸리에 해석의 범위를 크게 확장시키는 데 도움을 주었다.

그는 약 50편의 논문과 2권의 주요저서 〈원시함수의 적분과 해석에 관한 강의 Leons sur l'intégration et la recherche des fonctions primitives〉(1904)·〈삼각급수에 관한 강의 Leons sur les séries trigonométriques〉(1906)를 집필했다.