Noto per la scoperta delle linee di assorbimento nello spettro solare (linee di Fraunhofer) e per la creazione di obiettivi acromatici di insuperabile qualità, incarnò il connubio tra rigore teorico e maestria artigianale.
Nato in una famiglia povera, ricevette un’istruzione elementare e iniziò presto ad aiutare il padre nel suo lavoro. Rimasto orfano nel 1798, fu apprendista presso Philipp Anton Weichelsberger, costruttore di specchi e vetraio. Dopo essere sopravvissuto al crollo della bottega nel 1801, utilizzò il sussidio ricevuto dal futuro Re di Baviera,
Massimiliano Giuseppe IV, per acquistare libri e strumenti con cui proseguire la propria istruzione da autodidatta.
Nel 1806 entrò come ottico apprendista nel
Mathematisch-Mechanische Institut von Reichenbach, Utzschneider und Liebherr . L’anno successivo il laboratorio fu trasferito nel monastero sconsacrato di Benediktbeuern; qui entrò in società con Reichenbach e Utzschneider, fondando nel 1809 l'
Optische Institute von Reichenbach, Utzschneider und Fraunhofer a supporto del già esistente “Mathematisch”. Grazie a tecniche segrete di fusione e lavorazione del vetro, riuscì a ottenere lenti prive di impurità e di dimensioni mai viste prima.
Nel 1814 identificò le righe nere dello spettro solare, utilizzandole per calcolare con precisione matematica il potere dispersivo dei vetri.
Nello stesso anno completò il grande telescopio equatoriale per l'Osservatorio di Napoli (17,5 cm di apertura), allora il maggior strumento astronomico del mondo. Il suo capolavoro fu il rifrattore di Dorpat del 1824, dotato di una montatura equatoriale con movimento ad orologeria che permise a Von Struve di studiare sistematicamente le stelle doppie.
Nel 1821 fu nominato membro straordinario e conservatore del gabinetto di fisica della
Bayerische Akademie der Wissenschaften.
Morì nel 1826 a soli 39 anni. Sulla sua tomba nell’Alter Südfriedhof, nel quartiere di Glockenbach a Monaco, è inciso l'epitaffio: "
Approximavit sidera" (Avvicinò le stelle).