Il entre à l'École polytechnique à dix-neuf ans, et deux ans plus tard, entre aux ponts et chaussées, puis commence sa carrière à Lorient, au service des travaux hydrauliques. Après la guerre de 1870, il devient conseiller municipal à Lorient, mais ses idées républicaines « radicalistes » d'après le préfet, inquiètent[1]. En 1876, Léon Bourdelles demande son rattachement au service maritime civil, et effectue divers travaux, comme l'éclairage et le balisage des côtes Morbihannaises, l'aménagement du polygone de tir de Gâvres.
La maîtrise de sa gestion de la construction du phare des Grands Cardinaux, entre 1877 et 1879, fait démarrer sa carrière. Il devient, au Service des phares, responsable de l'inspection du littoral et secrétaire de la commission des phares, puis, en 1886, en devient l'ingénieur en chef. En 1893, il est nommé directeur du service des phares et balises, place qu'il garde jusqu'à sa mort en 1899.
Cette dernière décennie du XIXe siècle est décisive pour l'innovation dans les phares : "feux-éclairs", rotation rapide des optiques sur des cuves à mercure, incandescence par des appareils à gaz ou à vapeur de pétrole comprimée. Derrière cet ensemble, c'est une véritable révolution dans la logique de l'éclairage des côtes de France qui s'opère. Il ne serait pas injuste de parler du "système technique de Bourdelles" quand on évoque les appareils qui équipent aujourd'hui les phares de France.
Marié, il perd sa femme après un an de mariage; il a un enfant.
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