Mâche entstammt einer Musikerfamilie und begann bereits im Alter von acht Jahren zu komponieren. Er nahm am Konservatorium seiner Heimatstadt Klavierunterricht und studierte dort bis 1952 Harmonielehre bei Émile Passani. Am Pariser Konservatorium war er Schüler von Olivier Messiaen und erhielt 1960 den Prix de Philosophie de la Musique. Parallel studierte er an der École normale supérieure klassische Literatur und erhielt 1957 ein Diplom in Archäologie und 1958 ein Lehrzertifikat.
Er unterrichtete dann Literatur am Collège Sévigné in Paris (1959–60), am Lycée Marceau in Chartres (1962–63) und am Lycée Pasteur in Neuilly-sur-Seine (1963–68), am Middlebury College in Vermont und am Sarah Lawrence College in Yonkers, New York (1968). Von 1968 bis 1983 unterrichtete er klassische griechische, römische und französische Literatur am Lycée Louis-le-Grand, danach bis 1993 Musikwissenschaft an der Universität Straßburg, wo er 1987 das Centre Primus gründete. Von 1993 bis 1997 war er Studiendirektor an der École des Hautes Études en Sciences Sociales in Paris.
Mit Pierre Schaeffer zählte Mâche 1958 zu den Gründern der Groupe de recherches musicales. Vo 1960 bis 1962 diente er als second lieutenant in Algerien. Er arbeitete in den Studios für elektronische Musik in Gravesano (1965) und Warschau (1966) und produzierte 1976 eine Rundfunkserie für France Musique. Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre war er Präsident der französischen Sektion der Internationalen Gesellschaft für Neue Musik.
Von 1969 bis 1978 arbeitete er als Musikkritiker für die Nouvelle Revue Française. Er verfasste mehr als einhundert Artikel zu musikwissenschaftlichen Themen und mehrere Bücher, darunter Musique, mythe, nature ou les dauphins d'Arion (1983, zweite Auflage 1991; italienische Übersetzung Musica, mito, natura, 1992, englische Übersetzung Music, Myth, Nature, 1993), Entre l'observatoire et l'atelier (1998), Un Demi-Siècle de Musique (2000), Musique au singulier (2001) und Cent opus et leurs échos (2012), gab die Bücher Music, Society and Imagination in Contemporary France (1993) und Portrait(s) de Xenakis (2002) heraus und übersetzte Gedichte zeitgenössischer griechischer Autoren (u. a. Odysseas Elytis) ins Französische.
Als Komponist erhielt er zahlreiche Preise, darunter den Preis der Biennale de Paris (1963), den Grand Prix du Disque der Académie Charles-Cros (1971), den Prix Enesco der SACEM (1973), den Prix Italia (1977), den Prix Chartier der Académie des Beaux-Arts (1984), den Grand Prix National de la Musique des französischen Kultusministeriums (1988), den Prix Rossini der Académie des Beaux-Arts (1998) und den Grand Prix de la Musique Symphonique der SACEM (2002). 1990 wurde er als Kommandeur des Ordre des Arts et des Lettres geehrt, 2002 wurde er Mitglied der Académie des Beaux-Arts.
Rambaramb für Klavier, großes Orchester und Elektronik (fixed media), 1972
Korwar für Cembalo und Elektronik (fixed media), 1972
Temes Nevinbür für zwei Klaviere, Perkussion und Elektronik (fixed media), 1973
Naluan für Flöte, Klarinette, Violine, Viola, Cello, Kontrabass, Klavier, Perkussion und Elektronik (fixed media), 1974
Le Jonc à trois glumes für Orchester, 1974
Maraé für sechs Perkussionisten und Elektronik (fixed media), 1974
Solstice für Orgelpositiv oder Elektronik (fixed media) und Cembalo, 1975
Da capo, Bühnenstück für zehn Schauspieler, drei Mittelalterintrumente, zwei Perkussionisten, sound décor und Elektronik (fixed media), 1976
Kassandra für zwei Oboen, Klarinette, Bassklarinette, Fagott, Kontrafagott, Trompete, zwei Posaunen, zwei Klaviere, drei Perkussionisten und Elektronik (fixed media), 1977
Octuor für Klarinette, Fagott, Horn, zwei Geigen, Bratsche, Cello und Kontrabass, 1977
Areg für Klavier zu vier Händen, 1977
Aera für sechs Perkussionisten, 1978
Amorgos für zwei Fagotte, zwei Posaunen, zwei Geigen, Bratsche, Cello, Kontrabass, Klavier, zwei Perkussionisten (oder Perkussionist und elektrische Orgel) und Elektronik (fixed media), 1979
Toïn Theoïn für zwei Klarinetten, 1979
Rituel pour ‘Les Mangeurs d'Ombre’ (Bühnenstück, produziert von Pierre Barrat), für zwölf Stimmen und Perkussion, 1979
Andromède für zwölf Stimmen, sechzig Stimmen, drei Klaviere und großes Orchester, 1979
Sopiana für Flöte, Klavier und Elektronik (fixed media) ad libitum, 1980
4 Phonographies de l'eau für Elektronik (fixed media), 1980
Nocturne für Klavier und Elektronik (fixed media) ad libitum, 1981
Hypérion für Elektronik (fixed media), 1981
Anaphores für Cembalo und Perkussion, 1982
Phénix für Vibraphon (und neun Tom-Toms), 1982
Temboctou, Bühnenstück für zweoi Soprane, zwei Mezzosoprane, einen Tenor, drei Baritone, einen Bass, zwei Mittelalterinstrumente, Klarinette, zwei Posaunen, Gitarre, Sampler, Perkussion und Elektronik (fixed media), 1982
Aulodie für Oboe, Klarinette oder Sopransaxophon und Elektronik (fixed media), 1983
Trois Chants Sacrés für Frauenstimme und Tamburin, 1982–90
Styx für zwei Klaviere zu acht Händen, 1984
Léthé für zwei Klaviere zu acht Händen, 1985
Iter memor für Cello und Sampler, 1985
La Traversée de l'Afrique für Elektronik (fixed media), 1985
Uncas für zwei Sampler, Instrumentalensemble und Elektronik (fixed media), 1986
Éridan für Streichquartett, 1986
Mesarthim für zwei Klaviere, 1987
Tempora für drei Sampler, 1988
Cassiopée I für vier Stimmen und zwei Perkussionisten, 1988
Aliunde für Sopran, Klarinette und Bassklarinette, Sampler und Tabla (und Perkussion), 1988
Figures für Bassklarinette und Vibraphon, 1989
Tithon für Elektronik (fixed media), 1989
Khnoum für Sampler und fünf Perkussionisten, 1990
Guntur Sari für Orgel, 1990
Guntur Madu für Cembalo, 1990
Athanor für Flöte, Oboe, Klarinette, zwei Sampler, zwei Geigen, Bratsche und zwei Celli, 1991
Kengir, chants d'amour sumériens für Mezzosopran und Sampler, 1991
Hiérogamie für Piccoloflöte und Perkussion, 1993
L'Estuaire du temps, für Sampler und großes Orchester, 1993