Был отправлен в 1853—1857 гг. к восточным берегам Сибири для собирания естественнонаучных коллекций по ботанике, зоологии и этнографии, проведения океанографических работ.

Зимой 1854—55 посетил западное побережье острова Сахалин и долину реки Тымь, где изучал жизнь аборигенов Сахалина. В 1855 году путешествовал по Амуру и Уссури (до устья р. Хор) вместе с Максимовичем, которому передавал собранные растения.

В 1861 году был назначен адъюнктом Императорской академии наук, в 1863 — экстраординарным, а в 1888 — ординарным академиком.

Шренк ввёл в науку термин «палеоазиатские» народы (древнейшее население Северо-Восточной Азии).