A Darmstadi és a Müncheni Egyetemen tanult kémiát, a Hallei Egyetemen doktorált 1903-ban. A Strassburgi és a Karlsruhei Egyetemen tanított, majd 1926-ban meghívták a Freiburg im Breisgau-i Albert Ludwig Egyetemre; 1951-ben vonult nyugdíjba.
Polimerekkel kapcsolatos munkája 1910-ben azzal a kutatással kezdődött, amelyet a BASF német vegyi üzem számára folytatott az izoprénszintézis terén (a természetes gumi izoprén monomerekből épül fel). Ebben az időben úgy vélték, hogy a gumi és a többi polimer kis molekulákból áll, amelyeket "másodlagos" kötések vagy egyéb erők tartanak össze. Staudinger és J. Fritschi 1922-ben jutott arra a következtetésre, hogy a polimerek óriás (makro)-molekulák, amelyeket a többi vegyülethez hasonlóan kovalens kötés köt össze. Sok szaktekintély nem fogadta el az elképzelést. Az 1920-as évek során Staudinger és mások kutatásai nyomán kiderült, hogy a kis molekulák kémiai kölcsönhatással és nem egyszerűen fizikai aggregációval hozzák létre a hosszú, láncszerű képződményeket, azaz a polimereket. Staudinger kimutatta, hogy ezek a lineáris molekulák számos folyamattal előállíthatók, és kémiai módosítás esetén is megtarthatják azonosságukat.
Munkája elméleti alapot szolgáltatott a polimerkémia
számára, és nagymértékben hozzájárult
a modern műanyagok kifejlesztéséhez.