Studiò medicina presso le Università di Gießen, Heidelberg e Würzburg. Ottenne il dottorato nel 1849 e nel 1851 viaggiò a Parigi per studiare oculistica. Nel 1856 fondò un ospedale per l'oftalmologia a Wiesbaden e ne fu il direttore fino alla sua morte nel 1879. A Wiesbaden, lavorò a stretto contatto con suo fratello, Hermann Pagenstecher (1844-1932), che prese il controllo dell'ospedale per la cura degli occhi dopo la sua morte.