Né Christian Leopold von Buch en 1774 à Stolpe an der Oder, il étudie à l'Académie des mines de Freiberg aux côtés d'Alexandre de Humboldt sous la direction d'Abraham Gottlob Werner, fondateur de la géognosie en Allemagne, avant de poursuivre ses études aux universités de Halle et de Göttingen. Nommé inspecteur des mines en 1796, il démissionne rapidement, sa fortune personnelle lui permettant de se consacrer entièrement à la géologie de terrain, discipline dont il est considéré comme le premier praticien en Allemagne. Ses travaux couvrent un spectre très large — volcanisme, pétrologie, fossiles, stratigraphie, formation des montagnes — et il invente la notion de fossile stratigraphique (Leitfossil), faisant de lui l'un des fondateurs de la stratigraphie moderne ; sa définition scientifique du système géologique du Jura, publiée en 1839, et la première carte géologique complète de l'Allemagne, parue en 1826, comptent parmi ses apports majeurs. Il reçoit en 1842 l'ordre Pour le Mérite des sciences et des arts ainsi que la médaille Wollaston de la Société géologique de Londres. Il meurt en 1853 à Berlin.