В 1826 г. защитил диссертацию о Платоне и Аристотеле. С 1833 г. — профессор в Берлинском университете, с 1846 г. — член Берлинской академии наук, в 1847–1871 гг. — секретарь ее филолого-исторического отделения. В 1849–1851 гг. занимался политической деятельностью, был сторонником консервативных кругов.
Будучи глубокомысленным критиком системы и метода Гегеля, Тренделенбург в то же время в своем учении примыкал к философии Аристотеля. Его работы, посвященные Аристотелю, оказали влияние на Ф. Брентано и всю немецкую философскую традицию (в том числе на неокантианство). Метафизика Тренделенбурга представляет попытку обновить аристотелизм на почве философских учений Канта, Шопенгауэра и др. Философию он считал наукой, поступательно развивающейся в истории, продвигающейся от части к целому, от частного к общему. Центральным для его теории является понятие «конструктивного движения» как связующего звена между мышлением и бытием. Этика Тренделенбурга представляет собой один из вариантов естественного права; он считал, что существует «справедливое как таковое», которое возвышается над всеми предпосылками и которое не следует путать с условно справедливым. Автор многих работ, в числе которых: «Элементы аристотелевской логики» (1836), «Логические исследования» (1840), «Исторический вклад философии» (в трех томах, 1846–1867), «Естественное право на основе этики» (1860), а также ряд работ историко-культурного содержания: «Афинская школа Рафаэля», «Ниоба», «Кельнский собор» и др.