Straubingban látta meg a napvilágot. Apja üvegcsiszoló volt, ő maga optikusként dolgozott az Untzschneider Optikai Intézetben München mellett. 1818-tól az intézet vezetője volt. 1817-ben a müncheni akadémia levelező tagja lett, majd 1823-ban professzor és az erlingeni egyetem díszdoktora. Fiatalon, tuberkulózisban halt meg 1826. október 7-én. Különféle üvegfajták fénytörő tulajdonságainak vizsgálata során sötét vonalakat figyelt meg a nátrium lángjának színképében, ezután más elemeknél is keresni kezdte ezeket. Spektrumvonalak százainak vizsgálata révénmegállapította, hogy az elemek színképeiben a vonalak egymáshoz viszonyított helyzete állandó, függetlenül attól, hogy a fény a Nap sugárzásából, a Hold vagy a bolygók visszavert fényéből vagy a laboratóriumban hevített fémből ered-e. Fraunhofer 1814-től 576 vonalat ábrázolt és a legerősebbeket A-tól G-ig terjedő betűkkel jelölte. Elnevezéseit ma is használják. Elsőként alkalmazta az optikai rácsot - üveglemezre karcolt finom vonalakat - a fény felbontására. A Nap átmérőjének mérésére heliométert szerkesztett. Munkássága megnyitotta az utat a színképelemzés fejlődése előtt. A Nap színképében ma a látható fény övezetében csaknem 25 ezer vonalat ismernek. Ezek elnyelési vonalak, amelyeket a nap vagy a csillagok légkörében található gázok szelektív abszorpciója hoz létre. A vonalakat először Brewsater próbálta megmagyarázni 1834-ben, a végleges értelmezést Kirchhoff törvénye adta meg 1860-ban. Eszerint minden gáz vagy gőz valamely hőmérsékleten azokat a színeket nyeli el, amelyeket azonos hőfokon maga is kibocsátani képes. Mindezt a XX. században a fény atomelmélete támasztotta alá.