Né à Hambourg, Behrens a étudié l'architecture à l'Académie des Beaux-Arts de Düsseldorf et a travaillé brièvement pour l'architecte français Hector Guimard à Paris. En 1899, il a rejoint l'agence de l'architecte berlinois Karl Bernhard et a commencé à se faire un nom pour ses travaux d'architecture et de design.
Behrens a été l'un des membres fondateurs du Deutscher Werkbund, une association allemande de designers et d'artistes industriels, en 1907. En 1909, il a été engagé par la société AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) pour concevoir des bâtiments industriels et des produits pour l'entreprise. C'est à cette époque qu'il a commencé à travailler sur la conception de bâtiments industriels modernes, qui ont souvent été considérés comme précurseurs de l'architecture moderne.
Parmi ses réalisations les plus célèbres figurent la centrale électrique de la société AEG à Berlin (1909-1910), le siège social de la compagnie à Berlin (1910-1912), et la maison Behrens à Darmstadt (1901), considérée comme l'un des premiers exemples d'architecture moderne en Allemagne.
Behrens a également conçu des produits pour AEG, tels que des lampes et des appareils électriques, ainsi que des motifs pour la verrerie de la société. Il a enseigné à l'École des Beaux-Arts de Düsseldorf et a été directeur de l'École des Arts et Métiers de Munich de 1922 à 1927.
Behrens est décédé à Berlin en 1940, laissant derrière lui un héritage important dans le monde de l'architecture et du design industriel.