Tanulmányait Freiburgban, Strassburgban (ma: Strasbourg, Franciaország), Münchenben, Berlinben és Zürichben végezte a korszak olyan neves élettantudósainak vezetésével, mint Johannes von Vries, Franz Hofmeister, Gaule, Paul Ehrlich és Julius Richard Ewald. 1904-től a frankfurt-sachsenhauseni városi közkórház klinikája vegyészeti laboratóriumának igazgatója volt.
Kutatásai olyannyira fontosnak bizonyultak, hogy a klinika 1907-ben élettani intézet, majd 1914-ben - amikor megalapították a Frankfurt am Main-i Egyetemet - a vegetatív élettan egyetemi intézetévé alakult. Igazgatói állása mellett Embden az egyetemen is tanított; 1925-26-ban a rektori teendőket is ellátta. Az ekkor még gyermekcipőben járó fiziológiai kémia volt a szakterülete, s elsősorban az élő szervezetek kémiai folyamataival foglalkozott, különös tekintettel a májszövetben zajló köztes anyagcserére. Kidolgozott egy módszert a szövetek károsodásának megakadályozására, s így fedezte fel a májnak az anyagcserében betöltött fontos szerepét. Emellett olyan vizsgálatokat is végzett, amelyek később a cukor-anyagcsere és annak kóros formája, a cukorbetegség tanulmányozásához szolgáltak alapul.
Embden és munkatársai az anyagcsere több köztes termékét is azonosították
izomszövetből, és felfedezték az adenil-foszforsavat, amely az anyagcsere
egyik legfontosabb résztvevője. A tudós minden munkájában nagy fontosságot
tulajdonított az eredményei és a sejtekben lezajló folyamatok közti
kapcsolatokra.