Er studierte in Marburg und Heidelberg Humanmedizin. Der Chemiker Gmelin (1788-1853) weckte in ihm das Interesse an Chemie und ließ ihn in seinem Laboratorium experimentieren. Nach der Promotion zum Dr. med. ging Wöhler nach Stockholm zu Berzelius (1779-1848), um sich einer gründlichen Ausbildung besonders auf dem Gebiet der analytischen Chemie zu unterziehen. 1825-1831 unterrichtete Wöhler an der Berliner Städtischen Gewerbeschule Chemie. In seinem Laboratorium in der Niederwallstraße gelangen ihm die Entdeckung der Harnstoffsynthese, die Darstellung des Aluminiums und des Phosphors. An der Gewerbeschule, dem Vorläufer der Technischen Universität Berlin, wurde er 1828 zum Professor berufen. 1831 ging Wöhler nach Kassel an die dortige Gewerbeschule und folgte 1836 einer Berufung als Nachfolger Stromeyers (1776-1853) nach Göttingen. Er übernahm dessen gut ausgestattetes Laboratorium und erfreute sich als Hochschullehrer hoher Wertschätzung. Wie viele Intellektuelle seiner Zeit begrüßte er die Revolution von 1848 und verurteilte später die Bismarcksche Annexionspolitik. Wöhler unterhielt freundschaftliche Beziehungen zu Berzelius und Liebig (1803-1873), mit denen er einen ausführlichen Gedankenaustausch zu politischen, fachlichen und persönlichen Fragen pflegte. Wöhler setzte die bei Berzelius begonnene Erforschung der Cyansäure fort. 1824 gelang ihm die Herstellung der Oxalsäure durch Hydrolyse von Dicyan. Er stellte Siliciumcarbid und Silane her und erzeugte erstmals Ethin (1863). Mit seinen Erkenntnissen und Entdeckungen griff er in die Diskussion zur Strukturtheorie ein, unterstützte die Erkenntnisse Berzelius zur Isomerie und eröffnete mit der Herstellung des Harnstoffes die Entwicklung der organischen Chemie als Wissenschaftszweig.