Ehrenberg a Berlini Egyetemen végezte tanulmányait (1818-ban szerzett doktori fokozatot), és egész pályafutása ehhez az egyetemhez kötődik. 1820 és 1825 között részt vett a Berlini Egyetem és a Porosz Tudományos Akadémia által közösen szervezett felfedezőúton, amely érintette Egyiptomot, Líbiát, Szudánt és a Vörös-tengert. Az expedíció egyetlen túlélőjeként mintegy 34 000 állatpéldányt és 46 000 növényt gyűjtött össze. Alexander von Humboldt társaként 1829-ben újabb, Belső-Ázsiába és Szibériába irányuló felfedezőúton vett részt, amelyet I. Miklós orosz cár támogatott anyagilag.

 Ehrenberg számos szárazföldi és tengeri állatot, növényt és mikroorganizmust azonosított és osztályozott felfedezőútjain. Bebizonyította, hogy a gombák spórákból fejlődnek, és kimutatta, hogy a penészgombák és a kalapos gombák ivarosan szaporodnak. Elsőként tanulmányozta részletesen a korallok anatómiáját, szokásait és élettörténetét; a planktonokban megtalálta a tengerben megfigyelhető foszforencia okát. Ehrenberg fedezte fel, hogy bizonyos geológiai képződményekben megkövült mikroorganizmusok vannak, és észrevette, hogy egyes kőzetrétegek régen élt egysejtűek kövületeiből állnak.

Ehrenberg azt a nézetet vallotta, hogy minden állatnak, a legapróbbtól a legnagyobbig, teljes szervrendszere van, így minden állatnak vannak izmai, szaporítószervei és gyomra. égy vélte, hogy a "tökéletes szervezetről" szóló elmélete (melyet később Félix Dujardin megcáfolt) megdönti a spontán keletkezés elméletét, és érvényteleníti az állatok hagyományos, az egyszerűbbektől a bonyolultabbak felé vezető sorbarendezését is. Azt hirdette, hogy az összes állatra ugyanaz az "ideáltípus" vonatkoztatható, és megpróbált kidolgozni egy átfogó osztályozási rendszert, amelyben a társas viselkedést tekintette az egyik legfontosabb ismertetőjegynek. Az embert azonban intelligenciája alapján az állatoktól elkülönítve kezelte.

 Ehrenberg legfontosabb munkái: Reisen in Aegypten, Libyen, Nubien und Dongola (Utazások Egyiptomba, Líbiába, Núbiába és Dunkulába; 1828) és a Die Infusionsthierchen als volkommene Organismen (Az ázalékállatkák mint tökéletes szervezetek; 1838).