Issu de la communauté juive de Ferrare, Immanuel Tremellius se convertit au christianisme étant jeune adulte. En 1541, il obtient un poste de professeur d’hébreu au couvent Saint-Fridien à Lucques (en Toscane). L’institution est alors dirigée par Pierre Martyr Vermigli qui est favorable aux idées de la Réforme. En 1543, Tremellius suit Vermigli à Strasbourg, où les deux hommes rejoignent définitivement le camp protestant. Tremellius enseigne l’hébreu à la Haute École jusqu’en 1547. Il épouse Élisabeth durant ses années strasbourgeoises.
À la suite de l’Intérim d’Augsbourg, Tremellius suit Martin Bucer et les théologiens de Strasbourg en Angleterre en 1549. Il est nommé professeur royal d’hébreu à l’Université de Cambridge la même année (après le décès de son collègue strasbourgeois Paul Fagius).
En 1554, Tremellius quitte l’Angleterre dans le contexte peu favorable aux protestants imposé par la nouvelle reine Marie Tudor. Il cherche pendant longtemps un poste dans différentes facultés protestantes de théologie, alors qu’il travaille en tant que précepteur des enfants du Duc de Deux-Ponts (près de Sarrebruck). En 1561, il est nommé professeur d’Ancien Testament à l’Université de Heidelberg.
En 1577, les professeurs réformés de la Faculté de théologie sont renvoyés par un Prince-Électeur de tendance luthérienne : Tremellius passe les dernières années de sa vie à Sedan, où il est professeur d’hébreu à l’Académie protestante nouvellement fondée.
Quant à ses travaux, en 1554, Tremellius publie une traduction de Jean Calvin intitulé en hébreu : Le livre de l’éducation des élus du Seigneur. Dans l’introduction, Tremellius écrit : « Mon cœur souffre de la destruction de Son peuple. J’attends sa délivrance et tout mon désir est de voir le salut d’Israël. C’est pourquoi j’ai écrit ce petit livre, dans lequel j’ai rassemblé tout ce en quoi nos fils devraient croire ».
En 1569, Tremellius publie deux ouvrages en lien avec la langue araméenne : une grammaire du Chaldéen et du Syriaque consacrée, d’une part, à la langue du Targum (traduction juive ancienne de la Bible hébraïque), et, d’autre part, à celle de la traduction syriaque du Nouveau Testament ; une édition du Nouveau Testament syriaque (en caractères hébraïques) accompagnée d’une traduction latine due à Tremellius lui-même, ainsi que de notes fondées souvent sur le Talmud.
Durant les dernières années de sa vie (de 1575 à 1579), Tremellius publie avec son jeune collègue Franciscus Junius une nouvelle traduction latine intégrale de la Bible hébraïque avec des annotations. Il participe aussi à une édition censurée du Talmud (Bâle, 1578-1580).
Immanuel Tremellius traduit en hébreu le catéchisme publié par Jean Calvin en 1542 (il s’agit du deuxième catéchisme de Calvin, rédigé sous la forme d’un dialogue entre un maître et un élève). L’édition hébraïque est publiée par Robert Estienne, grand imprimeur installé depuis 1550 à Genève et proche de Calvin. L’édition étant entièrement en hébreu, elle semble être conçue pour un lectorat juif. Tremellius finalise ce travail de traduction lors d’un séjour à Strasbourg après avoir quitté son poste à Cambridge : la dédicace à la fin de l’ouvrage est signée à Strasbourg le 11 avril 1554.
Comme l’atteste l’ex-libris autographe figurant sur sa page de titre ainsi qu’une note sur l’une des pages de garde, l’exemplaire a appartenu à Louis Cappel, hébraïsant influent de la première moitié du XVIIe siècle et professeur de théologie et d’hébreu à l’académie réformée de Saumur.
La traduction française du livre de l’Ecclésiaste due à Immanuel Tremellius reprise dans cette édition française du commentaire de Martin Luther figurait initialement dans une Bible française complète publiée par Robert Estienne à Genève en 1553.