Родился в Париже, в 1917 окончил Высшую электротехническую школу. В 1917—1928 работал в Политехнической школе под руководством известных физиков А. Перо и Ш. Фабри, с 1920 — в Медонской обсерватории.
Основные труды в области исследований планет и Солнца. В 1921—1929 первым выполнил большие ряды поляриметрических измерений излучения планет, основной целью которых было получение физических характеристик поверхностных слоев и атмосфер планет путём сравнения линейной поляризации отражённого и рассеянного ими света Солнца с поляризацией, создаваемой земными образцами. Уже тогда показал, что породы на поверхности Луны, Марса и Меркурия по своим поляризационным свойствам близки к земным вулканическим породам, а поляризация излучения Венеры, Юпитера и Сатурна возникает в их атмосферах, причём у Венеры она свидетельствует о наличии капель жидкости в атмосфере. Нашёл, что внутреннее кольцо Сатурна поляризует свет так же, как скальные земные породы. Обнаружил переменность поляризации излучения Сатурна. Все эти наблюдения выполнил с помощью созданного им высокочувствительного полярископа. В 1932 создал фотографический поляриметр, с помощью которого исследовал поляризацию света, отраженного яркими астероидами. Улучшил технику визуальных и фотографических наблюдений планет. Выполнил много детальных наблюдений поверхностей планет. Сделал первые зарисовки больших спутников Юпитера и Сатурна, наблюдал пятна на Титане, изучил распределение яркости в кольцах Сатурна. Сконструировал микрометр двойного изображения для точных позиционных измерений планет. Разработал оригинальный метод фотографирования планет, позволяющий исключить влияние зернистости эмульсии и повысить контраст (он заключается в наложении друг на друга многих негативных изображений). В 1929—1931 создал коронограф — прибор для наблюдений солнечной короны вне затмений, что позволило существенно продвинуть вперёд изучение короны. С помощью коронографа Лио исследовал поляризацию короны, её спектр в широком диапазоне длин волн, открыл пять новых эмиссионных линий. Использовав в коронографе интерференционно-поляризационные фильтры, получил монохроматические изображения короны и диска Солнца в лучах различных линий.
Награждён Золотой медалью Королевского астрономического общества (1939), медалью Брюс Тихоокеанского астрономического общества (1946), медалью Генри Дрейпера(1951).