В 1827 году закончил Гейдельбергский университет.
В 1839—1862 гг. — профессор ботаники (Йенский университет), с 1850 года стал директором ботанического сада в этом университете.
В 1863—1864 гг. — профессор антропологии (Дерптский университет).
В 1842—1843 гг. в труде «Основы научной ботаники» Шлейден, используя индуктивный метод, подверг критике натурфилософские и узкосистематические аспекты в работах современников. Считается реформатором ботаники.
Основные труды Шлейдена — по эмбриологии и анатомии растений.
Шлейден использовал и обосновывал онтогенетический способ изучения морфологии растений и был его активным пропагандистом.
Работы Шлейдена сыграли важную роль при создании клеточной теории.
Шлейден считался одним из предшественников и сторонников дарвинизма.
Согласно современным представлениям, конкретные исследования Шлейдена содержали ряд ошибок: в частности, Шлейден считал, что клетки могут зарождаться из бесструктурного вещества, а зародыш растения — развиваться из пыльцевой трубки.
«…всякая клетка зарождается из протоплазмы другой клетки, но одни клетки… рождаются путем кариокинетического деления, а другие образуются из протоплазмы без деления самой клетки, внутри ее».
— Шлейден М. (1838)
Шлейден был автором научно-популярных книг (некоторые из них были переведены на русский язык) и сборников стихов.