Nació y creció en Alemania, se graduó como estudiante de intercambio internacional en el Lewis Central High School, en Iowa, antes de estudiar física en la Universidad Técnica de Aquisgrán, en su ciudad natal.
Voló como especialista en 1993 a bordo del transbordador espacial en la misión STS-55, que incluía el laboratorio espacial de investigación D-2, financiado por Alemania Entre 1995 y 1997 se entrenó como miembro de la tripulación para la misión alemano-rusa en la nave Soyuz TM-25, y más tarde recibió más entrenamiento en Rusia para prepararse como segundo ingeniero de a bordo para la estación espacial Mir.
Desde 1998 ha sido miembro del Cuerpo Europeo de Astronautas con sede en el Centro Europeo de Astronautas.
Schlegel fue asignado a la misión STS-122.
En ésta se puso el laboratorio Columbus en órbita y se conectó a la Estación Espacial Internacional.