Hän syntyi Berliinissä ja opiskeli matematiikkaaa ja fysiikka Berliinin yliopistossa, ennen kuin siirtyi Heidelbergaiin opiskelemaan kemia Robert Bunsenin kanssa.
Siellä hän työskenteli etupäässä August Kekulén laboratoriossa ja väitteli Berliinissä 1858issa. Hän opetti Berliinissä ja Strasbourg, ja seurasi Justus von Liebigia Münchenin yliopiston kemian professorina.
Baeyerin pääsaavutus on indigon synteesi. Hänen löysi myös ftaalivärit, tutki polyasetyleenejä ja oksoniumjohdannaisiasuoloja, virtsahappo ja löysi barbituurihapon (malonyylivirtsa-aine), barbituraattien kanta-aineen. Hän kehitti teoriaa kolmoissidoksista ja hiilisyklisistä aineista. Vuonna 1872 hän teki kokeita fenolilllla ja formaldehydiä, mutta bakeliitin keksiminen jäi Leo Baekelandin tulokseksi.
