1869-1870-ben részt vett a második német északi-sarki expedícióban, majd az 1872-1874. évi osztrák-magyar expedíció vezetője volt. Az Északkeleti átjáró kutatása során fedezte fel a Ferenc József-földet, továbbá a - róla elnevezett - Grönland keleti részén található 2000 méter magas Payer-csúcsot. Egyébként katonatiszt volt, leszerelése után pedig a festészetnek élt, több kitüntetést is kapott képeiért. Járt Magyarországon is. Veldes-ben hunyt el 1915. szeptember 30-án.