Né en Allemagne en 1968, il est naturalisé français à l'âge de neuf ans. Il est le frère de Benjamin Werner. Werner effectue ses études au lycée franco-allemand de Buc, puis ses classes préparatoires au Lycée Hoche à Versailles avant d'étudier à l'École normale supérieure entre 1987 et 1991. Il s'oriente vers les probabilités et effectue sa thèse sous la direction de Jean-François Le Gall. Il obtient le titre de docteur en 1993 à l'Université Pierre-et-Marie-Curie. Il est nommé professeur de mathématiques à l'Université Paris-Sud 11 à Orsay en 1997, au laboratoire de mathématiques d'Orsay. Il reçoit le prix de la Société européenne de mathématiques en 2000, le prix Fermat en 2001, le prix Loève en 2005, année où il devient professeur de mathématiques à l'École normale supérieure, et le prix Pólya l'année suivante. En août 2006, il devient le premier probabiliste et le neuvième Français à recevoir la médaille Fields, en même temps que trois autres mathématiciens.
Les travaux de Wendelin Werner portent en particulier sur les phénomènes probabilistes comme les marches aléatoires auto-évitantes et le mouvement brownien plan. Avec Greg Lawler et Oded Schramm, il a démontré en 1999 la conjecture de Mandelbrot, selon laquelle la dimension de Hausdorff de l'enveloppe d'un mouvement brownien plan est de 4/3.
Apparition au cinéma
Wendelin Werner a joué en 1982 dans le film La Passante du Sans-Souci de Jacques Rouffio, avec Romy Schneider et Michel Piccoli. Il a également participé en 2008 à l'écriture de la démonstration mathématique des probablités de survie de Junon dans Un conte de Noël d'Arnaud Desplechin.