Werner Heisenberg se narodil 5. prosince 1901 ve Würzburgu. Byl synem Dr. Augusta Heisenberga a jeho manželky Annie Weckleinové. Jeho otec se později stal profesorem středního a novořeckého jazyka na univerzitě v Mnichově. Pravděpodobně kvůli jeho vlivu poznamenal Heisenberg, když japonský fyzik Yukawa objevil částici nyní známou jako mezon a byl pro ni navržen termín „mezotron“, že řecké slovo „mesos“ v sobě nemá „tr“, s tím výsledkem, že název „mesotron“ byl změněn na „meson“.
Heisenberg chodil do Maximiliánovy školy v Mnichově až do roku 1920, kdy studoval fyziku na univerzitě v Mnichově pod Sommerfeldem ve Vídni, Během zimy 1922-1923 odešel do Göttingenu studovat fyziku u Maxa Borna, Francka a Hilberta. V roce 1923 získal titul Ph.D. na univerzitě v Mnichově a poté se stal asistentem Maxa Borna v na univerzitě v Göttingenu a v roce 1924 na této univerzitě získal titul venia legendi.
Od roku 1924 do roku 1925 pracoval s Rockefellerovým grantem u Nielse Bohra na univerzitě v Kodani a vrátil se na léto z roku 1925 do Göttingenu.
V roce 1926 byl jmenován lektorem teoretické fyziky na univerzitě v Kodani pod vedením Nielse Bohra a v roce 1927, když mu bylo pouhých 26 let, byl jmenován profesorem teoretické fyziky na univerzitě v Lipsku.
V roce 1929 absolvoval přednáškové turné do Spojených států. , Japonsko a Indie.
V roce 1941 byl jmenován profesorem fyziky na univerzitě v Berlíně a ředitelem tamního institutu fyziky Kaisera Wilhelma.
Na konci druhé Světové války on a další němečtí fyzici byli zajati americkými jednotkami a posláni do Anglie, ale v roce 1946 se vrátil do Německa a reorganizoval se svými kolegy Fyzikální ústav v Göttingenu. Tento institut byl v roce 1948 přejmenován na Max Planck Institute for Physics.
V roce 1948 Heisenberg několik měsíců pobýval v anglickém Cambridge, kde přednášel, a v letech 1950 a 1954 byl pozván přednášet na Spojené státy. V zimě 1955-1956 přednášel na Giffordské přednášce na University of St. Andrews ve Skotsku. Tyto přednášky byly následně publikovány jako kniha.
V průběhu roku 1955 byl Heisenberg zaměstnán přípravami na odstranění Max Planck Institute for Physics do Mnichova. Jako ředitel tohoto institutu s ním odešel do Mnichova a v roce 1958 byl jmenován profesorem fyziky na univerzitě v Mnichově. Jeho institut byl poté přejmenován na Max Planckův institut pro fyziku a astrofyziku.
Heisenbergovo jméno bude vždy spojováno s jeho teorií kvantové mechaniky, publikovanou v roce 1925, kdy mu bylo pouhých 23 let. Za tuto teorii a její aplikace, které vyústily zejména v objev alotropních forem vodíku, získal Heisenberg Nobelovu cenu za fyziku za rok 1932.
Jeho nová teorie byla založena pouze na tom, co lze pozorovat, to znamená na záření emitovaném atomem. Nemůžeme, řekl, vždy přiřadit elektronu polohu v prostoru v daném čase, ani ji sledovat na jeho oběžné dráze, takže nemůžeme předpokládat, že planetární dráhy postulované Nielsem Bohrem skutečně existují. Mechanické veličiny, jako je poloha, rychlost atd., By neměly být reprezentovány běžnými čísly, ale abstraktními matematickými strukturami zvanými „matice“ a svou novou teorii formuloval do rovnic matic.
Později Heisenberg uvedl svůj slavný princip nejistoty, který stanoví, že určení polohy a hybnosti pohyblivé částice nutně obsahuje chyby, jejichž součin nemůže být menší než kvantová konstanta h a že, i když jsou tyto chyby v lidském měřítku zanedbatelné , nemohou být ignorovány při studiu atomu.
Od roku 1957 se Heisenberg zajímal o práci na problémech fyziky plazmatu a termonukleárních procesů a také o mnoho práce v úzké spolupráci s Mezinárodním institutem pro atomovou fyziku na Ženeva. Několik let byl předsedou Výboru pro vědeckou politiku tohoto institutu a následně zůstal členem tohoto výboru.
Když se v roce 1953 stal prezidentem Nadace Alexandra von Humboldta učinil mnoho pro prosazení politiky této nadace, která spočívala v pozývání vědců z jiných zemí do Německa a pomáhání jim tam pracovat.
Od roku 1953 jeho vlastní teoretická práce byla se soustředil na teorii jednotného pole elementárních částic, která se mu zdá být klíčem k pochopení fyziky elementárních částic.
Kromě mnoha medailí a cen získal Heisenberg čestný doktorát na univerzitě v Bruselu, na Technologické univerzitě v Karlsruhe a nedávno (1964) na univerzitě v Budapešti; je také držitelem Řádu za zásluhy Bavorska a velkokříže za federální služby s hvězdou (Německo). Je členem Královské společnosti v Londýně a rytířem Řádu za zásluhy (Peace Class). Je členem akademií věd v Göttingenu, Bavorsku, Sasku, Prusku, Švédsku, Rumunsku, Norsku, Španělsku, Nizozemsku, Římě (Pontificial), německé Akademie der Naturforscher Leopoldina (Halle), Accademia dei Lincei (Řím ) a Americká akademie věd. V letech 1949-1951 byl prezidentem Deutsche Forschungsrat (Německá rada pro výzkum) a v roce 1953 se stal prezidentem Nadace Alexandra von Humboldta.
Jedním z jeho koníčků je klasická hudba: je vynikajícím pianistou. V roce 1937 se Heisenberg oženil s Elisabeth Schumacherovou. Mají sedm dětí a žijí v Mnichově.