Armelle Rancillac a obtenu son doctorat en neurosciences à l'université Paris VI en 2003, sous la direction de Francis Crépel. Pendant son doctorat, elle a été la première à décrire plusieurs formes de plasticité synaptique entre les cellules étoilées et les fibres parallèles, en utilisant des enregistrements en patch-clamp sur tranche, dans le cervelet.
Elle a ensuite rejoint le laboratoire de Jean Rossier, à l’ESPCI en tant que postdoctorante pour étudier le couplage neurovasculaire dans le cervelet. Ses recherches ont démontré que l'activation des cellules étoilées provoque une vasodilatation locale, tandis que celle des cellules de Purkinje induit une constriction des vaisseaux sanguins environnants.
En 2006, elle a obtenu un poste de chercheuse permanente à l’Inserm (CRCN) et s’est orientée vers l’étude du contrôle vasomoteur des vaisseaux intracorticaux par différentes sous-populations d’interneurones. À l’aide de patch-clamp, de RT-PCR, de vidéomicroscopie et de reconstructions Neurolucida, elle a mis en évidence le rôle distinct de ces types d’interneurones dans le couplage neurovasculaire du cortex somatosensoriel de la souris.
De 2011 à 2015, elle a exploré l’influence de facteurs métaboliques sur l’activité neuronale et le tonus vasculaire dans le noyau préoptique ventrolatéral (VLPO), une région clé pour la régulation du sommeil NREM. Elle a obtenu son habilitation à diriger des recherches (HDR) en 2014.
Actuellement, au sein de l’équipe Rouach au Collège de France, Armelle Rancillac étudie comment les interactions neurones-glies participent à la régulation du sommeil NREM dans le VLPO.