Longtemps pasteur réformé à l'Église wallonne de Rotterdam, il noue des relations scientifiques avec le cercle libéral de l'université de Leyde, l'École de Tübingen, et E. Renan.

Ses publications en font un représentant important du courant libéral et historique-critique. Rentré en France en 1873, cessant d'être pasteur, il défend la démocratie républicaine. En janvier 1880 parait le décret inspiré par Jules Ferry qui institue la première chaire d'histoire comparée des religions au Collège de France : Réville y est nommé, soutenu par Renan et Gambetta. Il renonce alors à toute fonction dans l'Église pour respecter le principe de laïcité. En 1886, il est nommé président de la section des sciences religieuses créée à l'École pratique des Hautes Etudes. Auteur d'une Histoire des religions (4 volumes), ses travaux portent sur l'exégèse biblique, l'histoire et la philosophie religieuse.