La sua prima presentazione al Salon d'Automne risale al 1908; l'anno successivo espone al Salon des Independants e per diversi anni espone regolarmente in entrambi. All'inizio degli anni '10 divenne membro della Sezione d'Oro. Fu uno dei modernisti inclusi nell'Armory Show che aprì a New York nel 1913, con successive proiezioni a Chicago e Boston.

Nel 1914, anno della sua prima mostra personale (alla Galerie Levesque di Parigi), fu arruolato per il servizio militare durante la prima guerra mondiale e vide combattimenti attivi. Tra il 1914 e il 1918 pubblicò ed espose numerosi disegni di guerra e alla fine della guerra si era guadagnato la Croix de Guerre.

Ha attinto alle sue esperienze militari e ha imparato l'incisione nel 1919 per illustrare Le croci di legno di Roland Dorgeles (pubblicato nel 1921). Segonzac trovò l'acquaforte un mezzo congeniale al suo stile di disegno spontaneo e alla fine della sua vita aveva prodotto circa 1600 tavole.

Nel 1947 pubblicò la sua suite di acqueforti che illustravano le Georgiche di Virgilio. Secondo il giudizio di Anne Distel, curatrice capo del Museo d'Orsay, "La perfezione tecnica e la nobiltà del tono, che portava il prestigio dell'originale, ma era permeato di un lirismo infallibile, fanno di quest'opera il capolavoro di Segonzac. Deve essere incluso in un elenco dei libri più splendidamente illustrati del [20°] secolo."