Родился в Берлине, уже в гимназии показал способности к науке. Когда юноше было 19 лет (1813), его родители стали жертвами эпидемии тифа, и ему пришлось самому зарабатывать на жизнь и образование для себя и трёх младших сестёр. Только в 1818 году Медлер закончил гимназию и поступил в Берлинский университет, где изучал астрономию (под руководством И. Э. Боде и И. Ф. Энке) и математику.
В 1824 году у Медлер познакомился с банкиром и астрономом-любителем Вильгельмом Беером (Wilhelm Beer). В 1829 году Беер построил близ своей виллы частную обсерваторию и пригласил Медлера работать совместно с ним. Обсерватория была оборудована 95-миллиметровым телескопом-рефрактором, который соорудил Йозеф Фраунгофер. Вначале они сделали ряд рисунков Марса, составили первую, ещё несовершенную карту этой планеты и определили длину марсианских суток с точностью до 13 секунд (позднее, в 1837 году, они улучшили точность до 1,1 сек). Предложенная ими координатная сетка для Марса сохранилась до наших дней.
Далее Медлер и Беер занялись составлением первой детальной карты Луны (Mappa Selenographica), опубликованной ими в четырёх томах (1834—1836). Эта карта и развёрнутое описание лунной поверхности, изданное ими в 1837 году (Der Mond), на протяжении нескольких десятилетий были лучшими, и только в 1870-х годах это достижение перекрыла карта Иоганна Шмидта. В эти годы Медлер завоевал репутацию одного из лучших астрономов Европы, защитил докторскую диссертацию и стал профессором Берлинского университета.
В 1836 году И. Ф. Энке пригласил Медлера на работу в Берлинскую обсерваторию, которая обзавелась 240-миллиметровым рефрактором. Спустя 4 года Медлер принял приглашение занять пост директора Дерптской обсерватории, освободившийся после перехода В. Я. Струве в Пулковскую обсерваторию. Он также стал профессором Дерптского университета. Незадолго до отъезда (1840) Медлер женился на Вильгельмине фон Витте (Wilhelmine von Witte).
В Дерпте Медлер выполнял астрономические и метеорологические наблюдения; исследованиям планет в Дерпте сильно мешала почти постоянная облачность. Предпринял две экспедиции для наблюдения полного солнечного затмения.
Медлер опубликовал исключительно точную для того времени оценку продолжительности года, после чего (1864) предложил российскому правительству заменить неточный юлианский календарь, в котором ошибка в один день накапливается каждые 128 лет, на новый, где ошибка в сутки накапливается только за 100000 лет. В календаре Медлера вместо цикла «один високосный год каждые 4 года» предлагался цикл из 128 лет, содержащий 31 високосный и 97 обычных лет. Однако ни российское правительство, ни правительства других стран не проявили интереса к проекту сверхточного календаря.
В 1865 году в связи с болезнью глаз Медлер вышел в отставку и вернулся в Германию. В 1873 году вышел его двухтомник «История астрономии».
В честь учёного названы кратеры на Луне и на Марсе.