Fils de Louis Marie d'Estourmel, député aux États généraux de 1789, député de la Somme sous l'Empire, et de Philiberte Renée de Galard Béarn, il intègre en 1799 l'armée française que son père sert aussi. et fait la seconde campagne d'Italie.
Il devient secrétaire de légation après la paix d'Amiens, prend part à une mission en Orient, puis à la légation près le Cercle de Basse-Saxe.
Il quitte l'armée au retour des Bourbons, en 1814, et est élu, le , député du Nord, au collège de département. Dans la Chambre introuvable, il fait partie de la minorité, est l'un des neuf députés qui votent contre la loi d'amnistie, et prend la défense de l'armée.
L'âge d'éligibilité ayant été porté à quarante ans, il ne peut être réélu en 1816.
Le comte d'Estourmel est réélu à la Chambre le . Il reprend sa place dans l'opposition, aux côtés du général Foy, dont il était l'ami, mais échoue, le , dans le 5earrondissement du Nord, à Maubeuge contre Louis de Préseau d'Hugémont.
Redevenu député de Cambrai, le , il adhère à la révolution de juillet 1830, signe, dans les journées de juillet, avec 28 de ses collègues, une proclamation favorable au nouveau régime, exerçant toute son influence en faveur de l'avènement de Louis-Philippe.
Dès lors, il prête à la monarchie de Juillet l'appui constant de ses votes, se prononçant en faveur du ministère Casimir Perier et des cabinets qui suivirent.
Il obtient sa réélection, le , à Cambrai, et est chargé, au commencement de 1833, d'une mission diplomatique relative à l'indemnité de 25 millions réclamée par les États-Unis[2].
Cette double situation de député et de ministre plénipotentiaire inspira au journal La Tribune, dont le gérant venait d'être condamné par la Chambre des députés à trois ans de prison et dix mille francs d'amende, d'amères observations: citant notamment le cas de d'Estourmel, La Tribune fit remarquer qu'il y avait à la Chambre 122 députés-fonctionnaires qui touchaient annuellement en traitements légaux plus de deux millions, et cela pour des fonctions qu'ils ne pouvaient remplir[3].
À la Chambre, d'Estourmel continue de voter le plus souvent avec la majorité ministérielle.
Il épouse à Paris le Cécile Élisabeth Desprez, morte à Versailles le à l'âge de 72 ans[5], dont il n'a pas d'enfant. Fille de Nicolas Louis Desprez et Marie Catherine Denys, elle est veuve en premières noces de Claude Marie Louis Emmanuel Carbon de Flins des Oliviers.
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