Théodor Schwann est né à Neuss am Rhein près de Dusseldorf 
le 7 décembre 1810, il est élève au collège jésuite de Cologne Après avoir étudié à l'Université de Bonn, suivi les leçons de physiologie de Johannes Müller; il étudie la médecine en 1831 à l'Université de Würzburg puis en 1833 à Berlin où il obtient son diplôme en 1834. Son sujet de thèse était "le rôle de l'oxygène dans le développement de l'embryon de poulet".
Les quatre années suivantes sont les plus productives de sa carrière; il assiste le physiologiste allemand Johannes Peter Müller (1834-1838) au Muséum d'anatomie de Berlin.
En 1836, alors qu'il étudie les processus digestifs, Schwann isole une substance responsable de la digestion dans l'estomac et la nomme "pepsine", première enzyme obtenue à partir d'un tissu animal (le chimiste français Anselme Payan avait déjà découvert une enzyme dans le malt en 1833). Mais ses travaux sur le rôle joué par des microorganismes dans les phénomènes de fermentation alcoolique et de putréfaction, et sur la fermentation du sucre, sont vivement critiqués et l'obligent à quitter l'Allemagne pour la Belgique en 1839
La cellule unité élémentaire
En 1839, il est alors nommé Professeur d'anatomie à l'Université Catholique de Louvain (1839-1847), il observe la formation des spores de levure et conclut que la fermentation du sucre et de l'amidon est le résultat de processus vitaux. Un an après que Matthias Schleiden, de l'université d'Iéna, eut proposé la théorie cellulaire en histologie végétale, Schwann étend cette conception aux animaux dans ses Recherches microscopiques sur la conformité de structure et de croissance des animaux et des plantes (Mikroskopische Untersuchungen über die Übereinstimmung in der Struktur und dem Wachstume der Tiere und Pflanzen , 1839). Dans cet ouvrage, il établit que : "Les cellules sont des organismes, et [que] les animaux comme les plantes sont des agrégats de ces organismes arrangés suivant des lois définies." Il prouve également que la vie de chacune de ces cellules est subordonnée à celle de l'organisme tout entier. La théorie cellulaire est alors rapidement admise et est aujourd'hui reconnue comme l'un des concepts fondamentaux de la biologie.
En 1844 il reproduit la première fistule gastrique artificielle, attirant ainsi l'attention sur l'importance de la bile dans la digestion.
En 1850, grâce aux travaux de Louis Pasteur, la pertinence de son travail sur la fermentation sera reconnue.
Professeur de physiologie et d'anatomie générale et embryologie 
à Liège en 1848 (1849-1879), il étudie également la contraction musculaire et la structure du nerf, découvrant le muscle strié dans l'oesophage supérieur, et, dans les fibres nerveuses, la couche protectrice recouvrant les axones et constituant ce qu'on appelle aujourd'hui la "gaine de Schwann" ; il forge le terme de métabolisme pour représenter les modifications chimiques survenant dans les tissus vivants ; il identifie le rôle joué par les micro-organismes dans la putréfaction ; il formule enfin les principes de base de l'embryologie, en observant que l'oeuf est une cellule unique qui se développe finalement en un organisme complet.
En 1872, il abandonne l'enseignement de l'anatomie généraleet en 1877 l'embryologie ne se consacrant qu'à l'enseignement de la physiologie à partir de 1877. Il part en retraite en 1879.
En 1878, une célébration internationale est organisée à Liège pour fêter ses 40 ans d'enseignement. Tous les grands noms de la science de l'époque, entre autres Billroth, Charcot, Darwin, Paget, von Recklinghausen et Virchow, s'associent à cette manifestation.
Il est décédé à Cologne le 11 janvier 1882 et enterré dans sa ville natale où se trouve son monument funéraire.