Era il figlio di Joseph Gaertner, direttore dell'Orto botanico di San Pietroburgo. Studiò medicina a Jena, Gottinga e Tubinga. Gärtner aprì una pratica medica a Calw nel 1796. Successivamente, nel 1800, la chiuse e si dedicò esclusivamente alla botanica.
Nel 1802 si recò in Inghilterra e nei Paesi Bassi. Dal 1824 studiò l'ibridazione delle piante. Nel 1826 divenne membro dell'Accademia Cesarea Leopoldina.
Gärtner fu menzionato ben 17 volte in famosi esperimenti di Gregor Mendel e 32 volte nella prima edizione de L'origine delle specie di Charles Darwin.
Opere principali Supplementum carpologicae, seu continuati operis Josephi Gaertner de fructibus et seminibus plantarum voluminis tertii, Leipzig, 1805-1807. Beiträge zur Kenntnis der Befruchtung. Teil 1, Stuttgart, 1844. Versuche und Beobachtungen über die Bastarderzeugung im Pflanzenreiche, Stuttgart, 1849
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