Немецкий ботаник. Родился в Зульце. Окончил Тюбингенский университет (1755). В 1756 - 1761 - адъюнкт ботаники Петербургской АН и зав. Ботаническим садом академии, в 1763 - 1769 - директор Ботанического сада в Карлсруэ.

Основные научные работы посвящены вопросам гибридизации и селекции растений. Экспериментально доказал наличие пола у растений, установил скрещиваемость разновидностей одного вида и получил (1760) первый межвидовой гибрид табака. Ввел в селекционную практику метод реципрокных (взаимных) скрещиваний, открыл явления гетерозиса и самостерильности. Изучая биологию цветка, впервые описал опыление с помощью насекомых (перекрестное опыление), разновременность созревания тычинок и пестиков, выяснил роль нектара, описал дихогамию. После возвращения в Германию связь Кёльрейтера с Петербургской АН не прекращалась. Большинство его работ было опубликовано в «Акта» академии. Один из основоположников метода искусственной гибридизации растений. Его работы оказали большое влияние на развитие эмбриологии растений и генетики и получили высокую оценку Ч. Дарвина, а также И. И. Вавилова.

Иностранный почетный член Петербургской АН (с 1766).