Estudià a les universitats de Giessen i Munic. Fou catedràtic de zoologia a la Universitat d’Odessa i director de l’institut bacteriològic de la mateixa ciutat. El 1882 descobrí els fagòcits i la digestió intracel·lular (fagocitosi). Del 1895 al 1916 fou sotsdirector de l’Institut Pasteur de París. De les seves obres cal esmentar La lutte de l’organisme contre les microbes (1884), Immunité (1897), La vieillesse (1903) i Bactériothérapie, vaccination, sérothérapie (1908). L’any 1908 li fou concedit, juntament amb Paul Ehrlich, el premi Nobel de medicina.