Эмиль Беринг родился в Хансдорфе (ныне Польша) в многодетной семье прусского учителя Августа Георга Беринга. Отец Эмиля надеялся, что мальчик выберет одну из традиционных для семьи профессий — преподавание или теологию. Для того, чтобы получить среднее образование, Эмилю пришлось покинуть отчий дом в раннем детстве: уже в одиннадцать лет он стал гимназистом в Хохенштейне (Восточная Пруссия).
У Беринга рано проявился интерес к медицине. Однако, понимая, что финансовое положение семьи не позволяет ему учиться в высшем медицинском учебном заведении, он по настоянию своего отца поступил в Кёнигсбергский университет на факультет теологии. Но вскоре счастливый случай вмешался в его жизнь и изменил все планы. Один из гимназических учителей Эмиля подсказал ему, что в Военно-медицинском институте в Берлине он был бы освобожден от платы за учёбу. Занятия будущих военных хирургов были бесплатными, но после окончания учёбы они обязаны были отслужить десять лет в прусской армии. Беринг согласился принять такие требования, и с 1874 года он стал кадетом этого института.
Беринг получил диплом врача в 1880 году. В том же году он прошёл стажировку в берлинской больнице Шарите, а затем получил распределение в кавалерийский полк в Позене (ныне Познань, Польша.) Последующая декада жизни Беринга протекала в армии. Как батальонный врач и хирург, он служил сначала в Западной Пруссии, а затем по его просьбе был переведен в Силезию. Рутина клинической работы никогда не привлекала Беринга, чьи основные интересы относились к научным исследованиям. Ещё в Позене Беринг заинтересовался использованием дезинфицирующих средств в боевых условиях для лечения инфекционных заболеваний, и с тех пор он стремился всецело посвятить себя исследовательской работе. Такая возможность представилась ему в армии в 1887 году, когда он поступил в Боннский фармакологический институт. До демобилизации в 1889 году Беринг успел проработать год в Академии военной медицины в Берлине, занимаясь преимущественно проблемами антисептики. В 1889 году Беринг присоединился к исследовательской группе пионера бактериологических исследований Роберта Коха, где занялся изучением методов лечения дифтерии и столбняка; в 1890 году он совместно с Сибасабуро Китасато показал — в развитие открытий Эмиля Ру и Александра Йерсена, — что в крови переболевших дифтерией или столбняком образуются антитоксины, которые обеспечивают иммунитет к этим болезням как самим переболевшим, так и тем, кому такая кровь будет перелита. В том же году на основе этих открытий был разработан метод лечения кровяной сывороткой.
До начала XX века дифтерия ежегодно уносила тысячи детских жизней, а медицина была бессильна облегчить их страдания и спасти от тяжелой агонии. В рождественскую ночь 1891 года умирающие от дифтерии берлинские дети получили первые уколы новой сыворотки Беринга. Многие из них были спасены, но все же успех был лишь частичным, и сыворотка Беринга не стала надежным средством, спасавшим всех детей.
В этот критический момент на помощь Берингу пришёл его коллега и друг, Пауль Эрлих. Благодаря своим открытиям в иммунологии Эрлих сумел усовершенствовать противодифтерийную сыворотку Беринга, рассчитать правильную дозировку антитоксина и получить высококонцентрированные и очищенные сыворотки, ставшие надежными в клиническом применении. В 1894 году усовершенствованная сыворотка была успешно опробована на 220 больных детях. За спасение детей Берингу в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физиологии и медицине «за работу по сывороточной терапии, главным образом за её применение при лечении дифтерии, что открыло новые пути в медицинской науке и дало в руки врачей победоносное оружие против болезни и смерти».
В 1894 году Беринг перешёл в университет в Галле, а в следующем году — в Марбургский университет. Преподавание ему давалось с трудом, и начиная с 1895 года Беринг основал свой институт экспериментальной терапии в Марбурге, которым руководил до конца жизни. Впоследствии, в 1914 году при институте Беринга была основана компания по производству противостолбнячной и противодифтерийной вакцины. В ходе первой мировой войны Беринг достиг нового триумфа в борьбе с микробами, когда его противостолбнячная вакцина помогла сохранить жизни многим немецким солдатам, и за это он был награждён правительством Германии Железным крестом.
Беринг отличался тяжелым и требовательным характером. Он привык работать круглосуточно, забывая о нуждах своего организма. У него было мало близких друзей и последователей, и когда война разлучила его с такими зарубежными коллегами, как Илья Мечников и Эмиль Ру, он впал в депрессию, и его истощенный организм не был в силах справиться с переломом бедра. Осложнение следовало за осложнением, у него образовался ложный сустав, его способность к передвижению стала ограниченной. Прогрессирующая болезнь сделала 63-летнего Беринга старым и дряхлым, и он скончался от скоротечной пневмонии.
Беринг умер в Марбурге (Германия) 31 марта 1917 года. Его имя носит Dade Behring в Марбурге, крупнейшая в мире компания, занимающаяся исключительно клинической диагностикой, а также компания CSL Behring. Также в университете Марбурга существует премия имени Эмиля фон Беринга.
В 1897 году Беринг провел на Капри медовый месяц с Эльзой Спинолла, дочкой берлинского врача. Здесь он приобрёл виллу «Спинола» (ныне «Беринг»), которую в 1909-1911 году снимал Максим Горький.