Spemann ble i 1898 kvalifisert som lektor i zoologi ved Universitetet i Würzburg og ti år senere ble han forespurt om å være professor i zoologi og komparativ anatomi ved Rostock. Ytterligere seks år senere ble han visedirektør ved Kaiser-Wilhelm-instituttet for biologi i Dahlem i Berlin. I 1919 ble han utnevnt til professor ved Universitetet i Freiburg, en stilling han beholdt frem til han gikk av og ble professor emeritus i 1935.