En 1855 se incorporó a la Facultad de Medicina de la Universidad de Jena, donde tres años más tarde obtuvo la cátedra de anatomía y fisiología.
En 1873, Gegenbaur pasó a ser catedrático de la universidad de Heidelberg, donde dirigirá también el Instituto de Anatomía. Sus trabajos le valieron la medalla Copley en 1896.
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). Publicada en 1859, antes de la aparición de El origen de las especies, la obra se enmarca en la tradición de la morfología idealista. 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.
1870. „Über das Skelet der Gliedmassen der Wirbeltiere im Allgemeinen und der Hintergliedmassen der Selachier insbesondere“. Jenaische Z. Med. Naturwiss. 5: 397-447
1871. „Ueber die Kopfnerven von Hexanchus und ihr Verhältnis zur „Wirbeltheorie des Schädels“. Jenaische Z. Med. Naturwiss. 6: 497-559
1872. „Untersuchungen zur vergleichenden Anatomie der Wirbeltiere. 3. Heft: Das Kopfskelet der Selachier, als Grundlage zur Beurtheilung der Genese des Kopfskeletes der Wirbelthiere“; Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig
1872. „Über das Archipterygium“. Jenaische Z. Med. Naturwiss. 7: 131-141
1876. „Die Stellung und Bedeutung der Morphologie“. Morphol. Jahrb. 1: 1-19
1883. Text-book of Human Anatomy
1888. „Die Metamerie des Kopfes und die Wirbeltheorie des Kopfskeletes, im Lichte der neueren Untersuchungen betrachtet und geprüft“. Morphol. Jahrb. 13: 1-114
1889. „Ontogenie und Anatomie, in ihren Wechselbeziehungen betrachtet“. Morphol. Jahrb. 15: 1-9
1888. Die Metamerie des Kopfes und die Wirbeltheorie des Kopfskeletes im Lichte der neueren Untersuchungen betrachtet und geprüft. Morphol. Jahrb. XIII,
1892. Epiglottis
1898; 1901. Comparative Anatomy of the Vertebrates in relation to the Invertebrates
1901. Erlebtes und Erstrebtes. (autobiografía). Leipzig: Engelmann
La abreviaturaGegenbaur se emplea para indicar a Carl Gegenbaur como autoridad en la descripción y taxonomía en zoología.
M. Fürbringer. Carl Gegenbaur. Heidelberger Professoren aus dem 19. Jahrhundert. Festschrift der Universität Heidelberg zur Zentenarfeier ihrer Erneuerung durch Karl Friedrich. 2: 389-466 (1903)
M. Fürbringer. Carl Gegenbaur. Anat. Anz. 23: 589-608 (1903)
M. Fürbringer. Karl Gegenbauer, in: Badische Biographien. VI. Teil. Winter, Heidelberg 1935, S. 22–31 (Digitalisat)
U. Hoßfeld, L. Olsson, O. Breidbach (eds.) Carl Gegenbaur and Evolutionary Morphology. Theory in Biosciences Vol. 122. (2003)
Manfred D. Laubichler. Carl Gegenbaur (1826–1903): Integrating comparative anatomy and embryology. J. of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution Vol. 300B ( 1): 23–31, 15 de diciembre de 2003
Christian Mitgutsch. On Carl Gegenbaur’s theory on head metamerism and the selection of taxa for comparisons Theory in Biosciences 122 ( 2-3): 204-229 (2003)
L. K. Nyhart. Biology Takes Form. Animal Morphology and the German Universities, 1800-1900. The University of Chicago Press, Chicago / Londres 1995
L. K. Nyhart. The importance of the “Gegenbaur school” for German morphology. Theory in biosciences 122 ( 2-3): 162-173 (2003)
L. Plate. Jenaer Professoren als Förderer der Abstammungslehre. Verh. Dtsch. Zool. Ges. 30: 14-45 (1925)
Frida von Uslar-Gleichen, Ernst Haeckel. Das ungelöste Welträtsel. Briefe und Tagebücher 1898–1903: 3 Bde. Wallstein Verlag
U. Hoßfeld, L. Olsson: The Road from Haeckel: The Jena Tradition in Evolutionary Morphology and the Origins of Evo-Devo Biology and Philosophy. 18: 285–307, 2003. 2003 Kluwer Academic Publishers. ag-evolutionsbiologie.de PDF
Der Gartenpavillon (1845–1853), 1. Ort der Würzburger Pathologie Südwestfassade und pathologie.uni-wuerzburg.de