Dopo il divorzio dei genitori, Werner va a vivere con la madre jugoslava in un piccolo paese della Baviera. Durante l'adolescenza inizia a scrivere poesie e racconti che in seguito trasforma in sceneggiature. Più tardi si iscrive all'università di Monaco, dove studia pittura, musica medievale e letteratura romantica tedesca. Per mantenersi, lavora durante la notte come saldatore in un acciaieria, ma non porta a termine gli studi perché sceglie di dedicarsi al cinema.
Nel 1966 parte per gli Stati Uniti, dove si iscrive all'università di Pittsburg da cui sembra si sia fatto cacciare dopo soli tre giorni.
Tornato in patria, gira il suo primo lungometraggio, "Segni di vita" (1968) storia di un soldato tedesco che durante la seconda guerra mondiale, rimasto solo su di un'isola greca, impazzisce ed intraprende una disperata battaglia contro la natura.
Gli anni 1968-70 sono per lui estremamente tormentati: inizia una serie di viaggi in Africa per girare film estremi e radicali come "Fata Morgana" (1969-70), per il quale vaga un anno attraverso il continente africano insieme al suo operatore.
Nel 1972 realizza "Aguirre, furore di Dio", il film che gli dà la notorietà internazionale.
Nel 1974 gira "L'enigma di Kaspar Hauser" che ottiene grande successo di critica e vince il Premio Speciale della Giuria al festival di Cannes del 1975.
Seguono poi "Cuore di vetro" (1976), "Fitzcarraldo" (1982) con cui ottiene il premio per la regia al festival di Cannes, "L'oscuro bagliore delle montagne" e "Grido di Pietra" (1991), sulla conquista del Cerro Torre in Patagonia.
Nel 1993 gira il documentario "Al di la dei sogni" e nel 1999 recita nella pellicola "Julien: Ragazzo Asino".
Nel 2001 è ancora alla regia con "Invincible" sulla storia di Zishe Breitbart.
Ha realizzato le pellicole "Rescue Dawn" con Christian Bale, "The Wild Blue Yonder" (2005) con Brad Dourif e il documentario "The White Diamond" (2005).
Infine ha presentato fuori concorso al 23mo Torino Film Festival il documentario "Grizzly Man" (2006).