D'Orbigny lên đường tới Nam Mỹ trong một nhiệm vụ để phục vụ cho Bảo tàng Paris. Trong khoảng thời gian 1826-1833. Ông đã lần lượt dừng chân tại Venezuela, Colombia, Ecuador, Peru, Bolivia, Chile, Argentina, Paraguay và Brazil và trở về Pháp với một bộ sưu tập khổng lồ gồm hơn 10.000 mẫu vật thuộc lĩnh vực lịch sử tự nhiên. Ông đã mô tả lại một phần của các phát hiện của mình tại La Relation du Voyage dans l'Amérique Méridionale pendant les Annes 1826 à 1833 (Paris, 1824-1847, trong 90 fascicles). Các mẫu vật khác được mô tả bởi nhiều nhà động vật học khác tại bảo tàng Paris.

Người sống cùng thời với ông, Charles Darwin, đã đến Nam Mỹ vào năm 1832, sau khi nghe tin ông đã đi trước, Darwin đã càu nhàu rằng D'Orbigny có lẽ đã thu thập được những thứ quan trọng nhất.[1] Darwin sau này đã gọi Hành trình của D'Orbigny là "hành trình quan trọng nhất".[2] Họ tiếp tục hợp tác với việc D'Orbigny đã mô tả một số mẫu vật của Darwin.

D'Orbigny đã được trao huy chương vàng từ Société de Géographie của Paris vào năm 1834.[3] Tên khoa học của loài Podocene pantodont Pidedocignya với hóa thạch được khai quật tại Nam Mỹ đã được đặt theo tên của D'Orbigny để vinh danh cho những đóng góp của ông.[4]