Voit nacque ad Amberg. Dal 1848 al 1854 studiò presso le università di Monaco e Würzburg. A Monaco, i suoi insegnanti erano Justus von Liebig e Max Joseph Pettenkofer, e a Würzburg era allievo di Albert von Kölliker. Nel 1855 proseguì la sua formazione all'Università di Göttingen sotto il chimico Friedrich Wohler, e nel 1856/57 prestò servizio come assistente a Theodor von Bischoff a Monaco di Baviera. Nel 1857 ottenne la sua abilitazione e dal 1863 fu professore ordinario di fisiologia e curatore della collezione fisiologica dell'Università di Monaco.