Posteriormente estudió en el Liceo Gregorio Cordovez de La Serena y en el Internado Nacional Barros Arana de Santiago, donde completó la enseñanza secundaria y compartió con intelectuales como Jorge Millas, el poeta Nicanor Parra y su hermano mayor, Hermann Niemeyer, quien fue reconocido con el Premio Nacional de Ciencias en 1983.

A pesar de su título de ingeniero, encontró su verdadera vocación en la arqueología y el arte rupestre prehispánico chileno —fue considerado un pionero en la investigación del arte rupestre latinoamericano—.

Inició su formación autodidacta como arqueólogo a partir del interés en la exploración de los Andes al realizar estudios hidrográficos e hidrológicos en la región nortina de Chile.

Su labor como arqueólogo autodidacta abarcó más de 50 años, recorriendo todo Chile.

Sus minuciosas exploraciones (que superaron las 400) y la gran cantidad de materiales obtenidos y organizados en su gabinete se reflejó en los más de cien artículos publicados, entre los que sobresalen sus estudios sobre las culturas El Molle, diaguita e inca.

En 1990 deja la dirección del MNHN en manos de Luis Capurro Soto.

En sus exploraciones, Hans Niemeyer recolectó insectos que luego entregaba al Área de Entomología del MNHN.