En 1845 entrou na universidade de Würzburg, onde estudou con anatomistas e fisiólogos como Albert von Külliker e Rudolf Virchow. Despois de obter o doutoramento, viaxou por Italia antes de volver á súa cidade natal.
En 1855 incorporouse á Facultade de Medicina da universidade de Jena, onde tres anos máis tarde obtivo a cátedra de anatomía e fisioloxía.
En 1873 Gegenbaur pasou a ser catedrático da universidade de Heidelberg, onde dirixiu tamén o Instituto de Anatomía. Os seus traballos valéronlle a medalla Copley en 1896.
A súa obra máis coñecida é Grundriss der vergieichenden Anatomk (Elementos de Anatomía Comparada).
Publicada en 1859, antes da aparición de A orixe das especies de Darwin, a obra enmárcase na tradición da morfoloxía idealista. Porén, a partir da súa segunda edición (1870), Gegenbaur foi dotando ao enfoque transcendental dunha lectura filoxenética.
Na súa honra varios autores dedicáronlle diversas especies; entre outras:
Atelocystis gegenbauri Haeckel, 1896
Dolioletta gegenbauri Uljanin, 1884
Eutima gegenbauri Haeckel, 1864
Thliptodon gegenbauri Boas, 1886
Leptocephalus gegenbauri Kaup, 1856
Leucosolenia gegenbauri Haeckel, 1870
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. Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann.
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: Verlag von Wilhelm Engelmann.
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