Velpeau, officier de santé, est un (brillant) élève de Bretonneau, qui suit attentivement sa carrière. Il informe son maître qu’il vient d’être nommé aide d’Anatomie à la Faculté de médecine de Paris (lettre du 12 décembre 1821). Bretonneau le recommande à André Marie Constant Duméril (1830), qui fait lui aussi partie du cercle de ses amis. Velpeau est appelé en consultation par André Marie Constant Duméril auprès d’un neveu qui souffre d’un problème oculaire (1836).

Docteur en médecine de la Faculté de médecine de Paris (1823), chirurgien des hôpitaux, Velpeau est titulaire de la Chaire de clinique chirurgicale. Il succède à Larrey à l'Académie des sciences (section de médecine et chirurgie) en 1843, et en devient le président en 1863. Il est membre de l'Académie nationale de médecine.

Il publie de nombreux ouvrages, en particulier sur la chirurgie clinique, les affections féminines (maladies de l’utérus, du sein) et, en 1842, sur le strabisme.