A Lipcsei Egyetemen tanult, Johannes Wislicenus tanítványa volt, 1898-ban kapott doktori fokozatot szerveskémiai kutatásaiért. Érdeklődése sokirányú volt, 1894-ben Charlottenburgban mérnöki tanulmányokat folytatott, üzemigyakorlatot szerzett. Lipcsét elhagyva a Badische Anilin- und Soda-Fabrik AG-nél dolgozott, amelynek később, amikor a cég az IG Farben kartell része lett, elnöke volt. Fritz Haber eljárása elemeiből, hidrogénből és nitrogénből szintetizálta az ammóniát, katalitikusan, nagy nyomáson. Bosch sikeresen helyezte át a folyamatot a laboratóriumból ipari méretekbe. Az ehhez szükséges kutatások keretében több mint 20 000 kísérletet végzett el. A munka jó részét az jelentette, hogy katalizátorokat keresett a fémek és vegyületeik körében.

 Megalkotta az ipari hidrogéngyártás Bosch-eljárását is: gőz és vízgáz keveréke halad át magas hőmérsékleten egy megfelelő katalizátor felett.