Член-корреспондент Петербургской Академии наук (избран 25 мая 1814 года).
Окончил медицинский факультет Грейфсвальдского университета (1805) и работал там.
После приглашения в Россию в 1805 был назначен директором ботанического сада в Дерпте (Юрьеве).
С 1811 по 1836 был профессором ботаники в Дерптском университете.
В 1818 побывал в Крыму, но прожил там всего несколько месяцев, поэтому в научном отношении поездка не оправдала надежд, которые были с ней связаны.
Ледебур стремился создать максимально полный сводный труд по систематике растений России. Этому должна была способствовать и его экспедиция на Алтай и в Восточный Казахстан (1826), средства на которую (в размере 20 тыс. рублей) выделили Дерптский университет и министр финансов Е. Ф. Канкрин. В экспедиции участвовали ученики Ледебура А. Бунге и К. Мейер.
Это была первая ботаническая экспедиция, обследовавшая весь Алтай. До экспедиции Ледебура кое-что было известно из работ Палласа, Патрена и Шангина только о растительности западной части Алтая. Растительность Восточного и Центрального Алтая никто до экспедиции Ледебура ещё не изучал. Ледебур проехал из Барнаула в Змеиногорск и затем путешествовал по Западному и Юго-Западному Алтаю. Он побывал в Риддере, Зыряновске, обследовал местность вдоль Иртыша, поднимался к истокам рек Убы, Чарыша и Ини. Потом побывал на Катуни в Уймоне, перевалил через хребет Б. Листвяга, дошёл до границ Китая.
Экспедиция работала более 9 месяцев, её итоги отражены в ряде трудов, в том числе в «Путешествии по Алтайским горам и джунгарской Киргизской степи», изданной на немецком языке в Берлине в 1829—1830.
Учёные дали научное описание местной флоры и фауны, став первооткрывателями многих растений (около 400 новых видов), которые и поныне носят их имена. Были собраны также уникальные минералогические и зоологические коллекции и этнографический материал о быте русских, алтайцев, казахов, киргизов. Немало было и археологических находок.
В отчёте об экспедиции Ледебур писал:
По результатам флористических исследований в 1829—1831 годах Ледебур издал книгу «Флора Алтая» в 4-х томах, а в 1829—1834 — роскошно иллюстрированное издание с 500 рисунками растений и описанием их на латинском языке — «Icones plantarum novarum vel imperfecte cognitarum, floram rossicam, imprimis altaicam illustrantes». С этого издания в России утверждается бинарная номенклатура растений. Иллюстрации, изображавшие новоописанные растения Алтая, вызвали восхищение у самого Иоганна Вольфганга Гёте: «…замечательное сочинение, вводящее много новых видов».
Вместе с этим, по данным телепроекта «Искатели», одной из целей экспедиции Ледебура на Алтай была проверка фактов недосдачи серебра и золота, выплавляемого на Змеиногорском руднике. Исследователи установили, что Ледебур сумел получить сведения о нелегальной выплавке благородных металлов, что в итоге привело к увольнению управляющего рудником.
В 1836 году Ледебур вышел в отставку и возвратился в Германию.
«Флора Алтая» стала основой первой полной сводки о растениях со всей территории России — «Flora Rossica». Этот капитальный труд, в котором описано 6 522 видов в 1 139 родах и 146 семействах и который до сих пор является единственным в своём роде, осуществлён Ледебуром на личные средства министра финансов графа Е. Ф. Канкрина (издан на латыни в Штутгарте в 1842—1853 в 4 томах).
Сборы Ледебура входят сейчас в гербарий БИН РАН.
В память о Ледебуре одна из гор на Алтае названа его именем.
Роды растений, описанные Ледебуром:
В знак признания научных заслуг Ледебура ботаники назвали его именем роды растений Ledebouria Roth семейства Hyacinthaceae и Ledebouriella H.Wolff семейства Apiaceae, а также множество видов.