Depois do seu pai, Antoine, um conhecido retratista que se tornou fotógrafo, abrir um pequeno negócio em placas fotográficas com sede em Lyon, Louis Lumière começou a fazer experiências com o equipamento que o seu pai fabricava. Em 1881, Louis, de 17 anos de idade, inventou um novo processo de “placa seca” de revelação de película, que impulsionou o negócio do seu pai o suficiente para alimentar a abertura de uma nova fábrica nos subúrbios de Lyon. Em 1894, os Lumières produziam cerca de 15 milhões de placas por ano.
Nesse ano, Antoine Lumière assistiu a uma exposição do Kinetoscope de Edison em Paris. Ao regressar a Lyon, mostrou aos seus filhos um filme que tinha recebido de um dos concessionários da Edison; também lhes disse que deveriam tentar desenvolver uma alternativa mais barata para o dispositivo de visualização de filmes de furo e a sua contraparte volumosa, a Kinetografia. Enquanto o Kinetoscope só podia mostrar um filme a um espectador individual, Antoine instou Auguste e Louis a trabalhar numa forma de projectar um filme num ecrã, onde muitas pessoas o pudessem ver ao mesmo tempo.
Auguste iniciou as primeiras experiências no Inverno de 1894, e no início do ano seguinte os irmãos tinham criado o seu próprio aparelho, a que chamaram Cinématographe. Muito mais pequeno e leve que o Kineógrafo, pesava cerca de cinco quilos e funcionava com o uso de uma manivela movida a mão. A Cinématographe fotografou e projectou filme a uma velocidade de 16 fotogramas por segundo, muito mais lenta do que o dispositivo de Edison (48 fotogramas por segundo), o que significava que era menos barulhento para operar e utilizava menos filme.
A principal inovação no coração do Cinématographe foi o mecanismo através do qual o filme era transportado através da câmara. Dois pinos ou garras foram inseridos nos orifícios da roda dentada perfurados na fita de película celulóide; os pinos deslocaram a película ao longo e depois retraíram-na, deixando a película imóvel durante a exposição. Louis Lumière concebeu este processo de movimento intermitente com base na forma como uma máquina de costura trabalhava, uma táctica que Edison tinha considerado mas rejeitada em favor do movimento contínuo.
Um dispositivo três em um que podia gravar, desenvolver e projectar filmes, o Cinématographe ficaria na história como a primeira máquina de filmar viável. Usando-a, os irmãos Lumière filmaram os trabalhadores na sua fábrica, saindo no final do dia. Mostraram o filme resultante, “La Sortie des ouvriers de l’usine Lumière” (“Trabalhadores Saindo da Fábrica Lumière”) num encontro industrial em Paris em Março de 1895; é considerado o primeiro filme cinematográfico.
Após uma série de outras exibições privadas, os irmãos Lumière revelaram o Cinématographe na sua primeira exibição pública em 28 de Dezembro de 1895, no Grand Cafe na Boulevard de Capuchines de Paris. No início de 1896, abririam os cinemas Cinématographe em Londres, Bruxelas, Bélgica e Nova Iorque. Depois de realizar mais de 40 filmes nesse ano, na sua maioria cenas da vida quotidiana francesa, mas também as primeiras notícias (filmagens da conferência da Sociedade Francesa de Fotografia) e os primeiros documentários (sobre os Bombeiros de Lyon), começaram a enviar outros operadores de câmara-projectores para o mundo para gravar cenas da vida e mostrar a sua invenção.
Até 1905, os Lumières tinham-se retirado do negócio da produção cinematográfica em favor do desenvolvimento do primeiro processo prático de cor fotográfico, conhecido como o Autódromo de Lumière. Entretanto, a sua câmara cinematográfica pioneira, a Cinématographe, tinha emprestado o seu nome a uma nova forma de arte (e entretenimento) excitante: cinema.