Era yerno del botánico Alexander Braun (1805-1877).
Luego de graduarse, estudia botánica y desarrolla investigaciones a campo sobre algas marinas en Helgoland y en Fiume.
En 1848 retorna a Heidelberg como Privatdozent, y más tarde gana por oposición ser profesor asociado de botánica en Freiburg.
En 1852, ya será profesor titular en la Universidad de Leipzig y director de su Jardín botánico.
Mettenius fue una reconocida autoridad en la pteridología.