Od najwcześniejszych lat Frémiet rozwijał też zamiłowanie do nauki i przyrody. Jako nastolatek godzinami szkicował egzotyczne zwierzęta w paryskim ogrodzie zoologicznym Jardin des Plantes – jednym z najstarszych ZOO w Europie. Dla pogłębienia wiedzy anatomicznej uczestniczył również w zajęciach paryskiej kostnicy, gdzie wykonywał rysunki i litografie fragmentów ludzkich ciał. Na zlecenie Muzeum Medycyny przygotowywał ponadto precyzyjne anatomiczne modele z wosku, przedstawiające rozmaite organy. Te doświadczenia ugruntowały jego drobiazgowość i naukowe podejście do sztuki – młody Frémiet od początku zwracał ogromną uwagę na realistyczne detale odwzorowywanych form.
W życiu prywatnym Emmanuel Frémiet związany był z paryskim środowiskiem intelektualnym i artystycznym. Około 1855 roku ożenił się – z tego małżeństwa pochodziła córka Marie, która później (w 1883 r.) została żoną wybitnego kompozytora Gabriela Faurégo. Artysta przez całe życie mieszkał i tworzył w Paryżu – tam też zmarł 10 września 1910 roku w wieku 85 lat. Został pochowany na cmentarzu w Louveciennes pod Paryżem.