Flemming utdannet i medisin Ved Universitetet I Praha, uteksaminert i 1868. Senere tjenestegjorde han i 1870-71 som militærlege i Den Fransk-Prøyssiske Krig. Fra 1873 til 1876 jobbet han som lærer ved Universitetet I Praha. I 1876 aksepterte han en stilling som professor i anatomi ved Universitetet I Kiel. Han ble direktør For Anatomisk Institutt og bodde der til sin død.
ved bruk av anilinfarger var han i stand til å finne en struktur som sterkt absorberte basofile fargestoffer, som han kalte kromatin. Han identifiserte at kromatin var korrelert med trådlignende strukturer i cellekjernen-kromosomene (som betyr fargede legemer), som senere ble navngitt av tysk anatomist Wilhelm von Waldeyer-Hartz (1841-1923). Den Belgiske forskeren Edouard Van Beneden (1846-1910) hadde også observert dem, uavhengig.
Flemming undersøkte prosessen med celledeling og fordelingen av kromosomer til datterkjernene, en prosess han kalte mitose fra det greske ordet for tråd. Imidlertid så han ikke splittelsen i identiske halvdeler, datterkromatidene. Han studerte mitose både in vivo og i farget preparater, ved å bruke som kilde til biologisk materiale finner og gjeller av salamandere. Disse resultatene ble publisert først i 1878 og i 1882 I den banebrytende boken Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung(1882; Cell substance, nucleus and cell division). På grunnlag av sine oppdagelser antok Flemming for første gang at alle cellekjerner kom fra en annen forgjengerkjerne (han laget uttrykket omnis nucleus e nucleo, Etter Virchows Omnis cellula e cellula). Ukrainsk biolog Petro Peremazhko (1833-1893) oppdaget mitose i samme 1878 På Triturus hale.
Polytenkromosomer i En Chironimus spyttkjertelcelle, en av over 100 tegninger Fra Flemmings bok Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1885
Illustrasjoner av celler med kromosomer og mitose, fra boken Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1882
Flemming er også kjent for sin filantropi. Han matet ukentlig de som var hjemløse, donerte hvert år, 20% av sin lønn til hjemløse lyskilder. Han lærte spesielt små barn som var for fattige til å gå på skole om matematikk og naturfag.
Flemming var uvitende Om Arbeidet Til Gregor Mendel (1822-84) om arvelighet, så Han gjorde ikke sammenhengen mellom sine observasjoner og genetisk arv. To tiår ville passere før betydningen Av Flemmings arbeid virkelig ble realisert med gjenoppdagelsen Av Mendels regler. Vitenskapskanalen heter Flemmings oppdagelse av mitose og kromosomer som en av de 100 viktigste vitenskapelige funnene av all tid, og en av de 10 viktigste funnene i cellebiologi.
Flemmings navn er hedret med en medalje tildelt av det tyske Selskapet For Cellebiologi (Deutschen Gesellschaft fü Zellbiologie).
