Ukończył Kolegium Francuskie w Neuchâtel (dziś część Berlina), a w 1836 wstąpił na Uniwersytet Humboldtów w Berlinie. Początkowo nie był zdecydowany co studiować, zastanawiał się nad geologią, był także zafascynowany badaniami teologa Augusta Neandera, w końcu jednak wybrał medycynę, w dużym stopniu pod wpływem cenionego wykładowcy i uczonego Müllera. W 1840 został asystentem Müllera, wkrótce pod wpływem pracy włoskiego uczonego Carlo Matteucci zainteresował się bioelektrycznością zwierząt. Badał ryby elektryczne.
Od śmierci Müllera w 1858 Bois-Reymond był, aż do swojej śmierci, profesorem na katedrze fizjologii uniwersytetu berlińskiego i dyrektorem Instytutu Fizjologii. W 1851 został też członkiem Berlińskiej Akademii Nauk.
Du Bois-Reymond znany jest także jako autor wyrażenia Ignoramus et ignorabimus będącego wyrazem jego niewiary w nieograniczone możliwości poznania ludzkiego.
