Nato a Stoccarda nel 1869, è il figlio maggiore del famoso editore tedesco Wilhelm Spemann. Dal 1878 al 1888 studia presso la "Eberhard-Ludwig Schule" di Stoccarda e poi lavora per un anno presso la società editrice del padre. Nel 1891 s'iscive alla facoltà di biologia dell'Università di Heidelberg dove rimane colpito dai lavori di Carl Gegenbaur.