Noto per la scoperta delle linee di assorbimento nello spettro del Sole, note come linee di Fraunhofer, e per la costruzione di eccellenti lenti e obiettivi acromatici per telescopi, Fraunhofer rappresentò al massimo livello il felice connubio tra impostazione teorica degli studi di ottica e abilità tecnico-costruttiva.
Nato da famiglia povera, ricevette l'educazione elementare e poi aiutò il padre nel suo lavoro. Morti i genitori nel 1798, fu messo ad apprendistato presso Philipp Anton Weichelsberger, costruttore di specchi e lavoratore di vetri.
Coinvolto nell'incidente del crollo della bottega, fu risarcito dall'Elettore di Bavaria, Massimiliano Giuseppe IV, con un sussidio di 80 ducati, che utilizzò per comprare libri di ottica ed una macchina per lavorare il vetro.
Nel 1806 iniziò a lavorare come ottico apprendista presso il Mathematisch-Mechanische Institut von Reichenbach, Utzschneider und Liebherr. Nel 1807 il laboratorio fu trasferito nel monastero sconsacrato di Benediktbeuern ed entrò in società con Reichenbach e Utzschneider, fondando nel 1809 l'Optische Institute von Reichenbach, Utzschneider und Fraunhofer a supporto del "Mathematisch" già esistente.
Nel 1813 scoprì le linee di assorbimento nello spettro solare e l'anno successivo commercializzò lo spettroscopio. Nel 1823 fu nominato alla Bayerische Akademie der Wissenschaften come professore del gabinetto di fisica dell'Accademia. Nel 1824 costruisce il grande telescopio per l'osservatorio russo di Dorpat con cui l'astronomo Friedrich Georg Wilhelm von Struve (1793-1864) scoprì le prime stelle doppie.