L'article 56 de la Constitution dispose que : 

• le Conseil constitutionnel est composé de neuf membres, dont le mandat dure neuf ans et n'est pas renouvelable. La durée, relativement longue et le caractère non renouvelable du mandat doivent permettre d'assurer l'indépendance des membres et la continuité de l'action de l'institution. Le Conseil se renouvelle par tiers tous les trois ans ;
• trois membres sont nommés par le président de la République, trois par le président du Sénat et trois par le président de l'Assemblée nationale, selon la procédure prévue par l'article 13 de la Constitution ;
• les nominations du président de la République requièrent un vote des commissions permanentes compétentes de chaque assemblée. Elles ne peuvent être effectives que si l’addition des votes négatifs de chaque commission représente moins des 3/5e des suffrages exprimés au sein des deux commissions. Les nominations effectuées par les présidents de chaque assemblée sont soumises au seul avis de la commission compétente de l’assemblée concernée (articles 56 et 13 révisés par la loi constitutionnelle du 23 juillet 2008) ;
• le président du Conseil constitutionnel est nommé par le président de la République. Ce dernier a voix prépondérante en cas de partage. Jusqu'à présent, son choix s’est toujours porté sur un des trois membres qu’il avait désignés. 

Aucune condition de compétence en matière juridique n’est exigée par la Constitution pour pouvoir être nommé, ce qui distingue le Conseil constitutionnel de toutes les autres cours constitutionnelles des grandes démocraties libérales. En pratique, les personnalités choisies sont presque toujours des juristes − anciens magistrats, avocats ou professeurs de droit − qui ont souvent exercé des responsabilités au plus haut niveau de l’État. Laurent Fabius est le président du Conseil constitutionnel depuis 2016 (voir la liste des membres).

L'article 57 dispose que "les fonctions de membre du Conseil constitutionnel sont incompatibles avec celles de ministre ou de membre du Parlement." L'ordonnance du 7 novembre 1958, complétée par une loi organique du 11 octobre 2013, ajoute que la fonction de membre du Conseil constitutionnel est incompatible avec : 

• celle de membre du Conseil économique, social et environnemental (CESE) ;
• de Défenseur des droits ;
• l'exercice d'un mandat électoral ;
• l'exercice de toute fonction publique et de toute autre activité professionnelle ou salariée (comme avocat) ;
• l'exercice de responsabilités au sein d'un parti politique. 

En plus de ces neuf membres nommés, les anciens présidents de la République sont membres de droit du Conseil constitutionnel. Néanmoins, tous ne décident pas de siéger. 

Jusqu'à aujourd'hui, les anciens présidents de la République ayant décidé de siéger sont : 

• Vincent Auriol et René Coty, tous deux présidents sous la IVe République ; 
• Valéry Giscard d'Estaing entre 2004 et 2020 ; 
• Jacques Chirac entre 2007 et 2011 ;
• Nicolas Sarkozy entre 2012 et janvier 2013.

François Hollande a annoncé qu'il ne souhaitait par rejoindre le Conseil constitutionnel. 

Le maintien de cette catégorie de membres de droit à vie fait périodiquement débat, notamment en raison du caractère juridictionnel de l’institution, que la question prioritaire de constitutionnalité (QPC) a accentué. Sans révision constitutionnelle, la question reste en suspens.