Humann besuchte das Gymnasium in Essen und absolvierte sein Ingenieurstudium in Charlottenburg und Berlin. Sein praktisches Jahr widmete er im Rheinland dem Eisenbahnbau. Ein Lungenleiden veranlaßte ihn im Herbst 1861, auf die Insel Samos zu reisen, wo er weiterarbeiten konnte. Dort beschäftigte Humann sich mit der Wiederherstellung des antiken Hafens Tigani. Im Sommer 1864 erhielt er den Auftrag, Vermessungen für die Eisenbahnstrecke von Jaffa nach Jerusalem durchzuführen. Zwei Jahre später widmete er sich Terrainstudien in Kleinasien, beauftragt von einem Unternehmer. Im Jahre 1871 entdeckte Humann Teile des Pergamonaltars. Ein Jahr später publizierte die Berliner Akademie der Wissenschaften Planskizzen vom Altar. 1872 nahm die Deutsche Archäologische Gesellschaft in Rom Humann als Mitglied auf. Die Skulpturenabteilung des Berliner Museums beauftragte ihn mit der Ausgrabung des Pergamonaltars, die er am 9. September 1878 begann. Seine wertvollen Funde wurden ab 1879 ins Berliner Museum gebracht. Im Frühjahr 1880 kam Humann nach Berlin, aber bereits im Sommer desselben Jahres setzte er die archäologische Ausgrabung vor Ort fort. 1884 ernannte man ihn zum Direktor der Königlichen Museen zu Berlin, der aber in Smyrna - er wohnte dort seit ungefähr 1870/71 - seinen Sitz hatte. Humann publizierte im "Jahrbuch der Königlich- Preußischen Kunstsammlungen" 1880 seinen detaillierten Grabungsbericht.