Бунзен получил первоначальное образование в гимназиях Геттингена и Гольцминдена. Бунзен окончил университет в 1831. Бунзен выделил чистую окись тетраметилдиарсина и назвал ее алкаларсином. В Гейдельберге Бунзен вместе с Г. Р. Кирхгофом разработал спектральный анализ. Бунзен был превосходным преподавателем. Исследования Бунзена всегда были подчинены решению практических задач. С 1838 по 1845 Бунзен исследовал доменные и колошниковые газы. Почти все приборы и методы для газового анализа Бунзен разработал сам. Бунзен внедрил эти методы в практику металлургического производства. Бунзен внес большой вклад в развитие электрохимии.