Il fait des études de médecine (1828-1833) mais, engagé politiquement, doit s'exiler en Suisse pour les achever (1836). Emprisonné à Zurich pour duel (1836), il vit ensuite en France puis en Angleterre (1837) où il rencontre Charles Darwin, Charles Lyell et Richard Owen et se passionne pour les débats naturalistes. Il décide alors de partir en Nouvelle-Zélande comme employé de la New Zealand Company.
Parti en 1839 avec les Wakefield, père et fils, il fait de nombreuses expéditions dans le centre de l'île Nord, est le premier européen à escalader le mont Taranaki/Egmont et séjourne un mois dans les îles Chatham.
De retour en Angleterre en 1841, il publie le récit de son voyage (1843), un des premiers à considérer d'une manière humaniste les Maoris.
En 1846, il envisage un nouveau voyage en Nouvelle-Zélande mais ne parvient pas à rassembler suffisamment de fonds. Rentré en Allemagne en 1848, il est nommé directeur du Musée géologique de Gießen et professeur à l'université (1849).
Charles Darwin’s Naturwissenschaftliche Reisen nach den Inseln des grünen Vorgebirges, Südamerika, dem Feuerlande, den Falkland-Inseln, Chiloé-Inseln, Galápagos-Inseln, Otaheiti, Neuholland, Neuseeland, Van Diemen’s Land, Keeling-Inseln, Mauritius, St. Helena, den Azoren (1844, traduction du Journal of Researches de Darwin)
Vorschule der Geologie - Eine Anleitung zur Beobachtung und zum richtigen Verständnis der noch jetzt auf der Erdoberfläche vorgehenden Veränderungen sowie zum Studium der geologischen Erscheinungen überhaupt (1853, traduction en allemand de The Geological Observer de Henry De la Beche)
Dirk van Laak: Im Schatten von Riesen: Johann Karl Ernst Dieffenbach (1811–1855), in: Klaus Ries (Hrsg.): Zwischen Stadt, Staat und Nation, Bürgertum in Deutschland, Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 2014, (ISBN978-3-525-30169-2), S. 225–238
Ludwig Gebhardt: Zur Geschichte der naturwissenschaftlichen Erkundung Neuseelands, (Der Anteil mitteleuropäischer Forscher im 19. Jahrhundert), in: Bonner Zoologische Beiträge[12], Band 20, Heft 1,2,3, 1969, S. 219–227, (PDF, enthält u. a. Darstellungen zu Ernst Dieffenbach, Ferdinand von Hochstetter und Julius von Haast.)