En 1845 entró en la universidad de Würzburg, donde estudió con anatomistas y fisiólogos como Rudolph Albert von Kölliker y Rudolf Virchow.
Al principio, el trabajo de Gegenbaur se centró en los invertebrados, pero debido a su formación en medicina Gegenbaur reorientó sus intereses hacia la anatomía comparada y la embriología del esqueleto y el sistema nervioso de los vertebrados.
Su obra más conocida es Grundriss der vergleichenden Anatomie (Leipzig, 1874; 1878) (Elementos de Anatomía Comparada).
No obstante, a partir de la segunda edición (1870), Gegenbaur fue dotando al enfoque trascendental de una lectura filogenética.
Al igual que Jacques von Bedriaga y Ernst Haeckel, Gegenbaur subraya la importancia de la embriología para el estudio de la evolución, basándose en la anatomía comparada de los órganos homólogos.