Christine Beemelmanns studierte Chemie an der RWTH Aachen und ging nach ihrem Abschluss für einen einjährigen Forschungsaufenthalt in die Gruppe von Prof. Sodeoka am RIKEN nach Japan. Zurück in Deutschland arbeitete sie an der FU Berlin bei Prof. Reißig und promovierte in Organischer Chemie. Anschließend arbeitete sie weitere sechs Monate in Japan an der Universität Tokio unter der Leitung von Prof. K. Suzuki und trat kurz darauf 2011 der Gruppe von Prof. Clardy an der Harvard Medical School (Boston) bei.

Ende 2013 erhielt sie einen Ruf vom Hans-Knöll-Institut (HKI), um dort als Nachwuchsgruppenleiterin im Bereich Naturstoffchemie und Chemische Biologie zu arbeiten.

In 2020 war sie zudem Margaret L. and Harlan L. Goering Visiting Professors in Organic Chemistry an der UW Madison (Frühjahrssemester 2020).

2022 wurde Christine Beemelmanns auf die Professur Mikrobielle Stoffwechselbiochemie an der Universität Leipzig berufen. Im Oktober 2022 nahm sie einem Ruf auf die Professur für Medizinisch-Pharmazeutische Mikrobiotaforschung an der Universität des Saarlandes und dem HIPS an.

Ihre Forschung kombiniert verschiedene Aspekte der Naturstoffchemie, der angewandten Mikrobiologie und der organischen und Naturstoffchemie und zielt darauf ab, mikrobielle Signal- und Abwehrmoleküle in verschiedenen Modellsystemen chemisch und funktionell zu charakterisieren. Die Analyse alter und weiterentwickelter mikrobieller Interaktionen ermöglicht es ihr, beispiellose chemische Kernstrukturen mit potenziellem pharmazeutischem Potenzial zu entdecken.