Werner Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Würzburg. Era hijo del Dr. August Heisenberg y su esposa Annie Wecklein. Más tarde, su padre se convirtió en profesor de lenguas griegas medias y modernas en la Universidad de Munich. Probablemente fue debido a su influencia que Heisenberg comentó, cuando el físico japonés Yukawa descubrió la partícula ahora conocida como mesón y se propuso el término «mesotrón» para ella, que la palabra griega «mesos» no tiene «tr» en ella, con el resultado de que el nombre «mesotron» se cambió a «meson».
Heisenberg fue a la escuela Maximilian en Munich hasta 1920, cuando fue a la Universidad de Munich para estudiar física en Sommerfeld, Wien, Pringsheim y Rosenthal. Durante el invierno de 1922-1923 fue a Gotinga para estudiar física con Max Born, Franck y Hilbert. En 1923 se doctoró en la Universidad de Munich y luego se convirtió en asistente de Max Born en la Universidad de Göttingen, y en 1924 obtuvo el venia legendi en esa Universidad.
Desde 1924 hasta 1925 trabajó, con una beca Rockefeller, con Niels Bohr, en la Universidad de Copenhague, regresando para el verano de 1925 a Göttingen.
En 1926 fue nombrado Profesor de Física Teórica en la Universidad de Copenhague con Niels Bohr y en 1927, cuando solo tenía 26 años, fue nombrado Profesor de Física Teórica en la Universidad de Leipzig.
En 1929 realizó una gira de conferencias por los Estados Unidos. , Japón e India.
En 1941 fue nombrado Profesor de Física en la Universidad de Berlín y Director del Instituto Kaiser Wilhelm de Física allí.
Al final de la Segunda Guerra mundial, él y otros físicos alemanes fueron hechos prisioneros por las tropas estadounidenses y enviados a Inglaterra, pero en 1946 regresó a Alemania y reorganizó, con sus colegas, el Instituto de Física de Gotinga. Este Instituto fue rebautizado en 1948 como Instituto Max Planck de Física.
En 1948 Heisenberg permaneció algunos meses en Cambridge, Inglaterra, para dar conferencias, y en 1950 y 1954 fue invitado a dar una conferencia en el Estados Unidos. En el invierno de 1955-1956 pronunció las Conferencias Gifford en la Universidad de St. Andrews, Escocia, y estas conferencias se publicaron posteriormente como un libro.
Durante 1955, Heisenberg estuvo ocupado con los preparativos para la remoción de la Instituto Max Planck de Física a Múnich. Aún Director de este Instituto, lo acompañó a Munich y en 1958 fue nombrado Catedrático de Física en la Universidad de Munich. Su instituto pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física y Astrofísica.
El nombre de Heisenberg siempre estará asociado con su teoría de la mecánica cuántica, publicada en 1925, cuando solo tenía 23 años. Por esta teoría y las aplicaciones de la misma que resultaron especialmente en el descubrimiento de formas alotrópicas de hidrógeno, Heisenberg recibió el Premio Nobel de Física de 1932.
Su nueva teoría se basó solo en lo que se puede observar, es decir, sobre la radiación emitida por el átomo. No podemos, dijo, asignar siempre a un electrón una posición en el espacio en un momento dado, ni seguirlo en su órbita, por lo que no podemos asumir que las órbitas planetarias postuladas por Niels Bohr realmente existen. Las cantidades mecánicas, como la posición, la velocidad, etc. deben representarse, no por números ordinarios, sino por estructuras matemáticas abstractas llamadas «matrices» y formuló su nueva teoría en términos de ecuaciones matriciales.
Posteriormente Heisenberg Enunció su famoso principio de incertidumbre, que establece que la determinación de la posición y el momento de una partícula móvil necesariamente contiene errores cuyo producto no puede ser menor que la constante cuántica hy que, aunque estos errores son insignificantes a escala humana , no se pueden ignorar en los estudios del átomo.
Desde 1957 en adelante, Heisenberg estuvo interesado en trabajar sobre problemas de la física del plasma y los procesos termonucleares, y también mucho trabajo en estrecha colaboración con el Instituto Internacional de Física Atómica en Ginebra.Fue durante varios años Presidente del Comité de Política Científica de este Instituto y posteriormente siguió siendo miembro de este Comité.
Cuando se convirtió, en 1953, en Presidente de de la Fundación Alexander von Humboldt, hizo mucho para promover la política de esta Fundación, que era invitar a científicos de otros países a Alemania y ayudarlos a trabajar allí.
Desde 1953 su propio trabajo teórico fue concentrado en la teoría del campo unificado de partículas elementales, que le parece ser la clave para comprender la física de las partículas elementales.
Además de muchas medallas y premios, Heisenberg recibió un doctorado honorario de la Universidad de Bruselas, de la Universidad Tecnológica de Karlsruhe y recientemente (1964) de la Universidad de Budapest; también ha recibido la Orden del Mérito de Baviera y la Gran Cruz de Servicios Federales con Star (Alemania). Es miembro de la Royal Society of London y Caballero de la Orden del Mérito (Clase de Paz). Es miembro de las Academias de Ciencias de Gotinga, Baviera, Sajonia, Prusia, Suecia, Rumanía, Noruega, España, Países Bajos, Roma (Pontificial), la Akademie der Naturforscher Leopoldina (Halle) alemana, la Accademia dei Lincei (Roma ) y la Academia Estadounidense de Ciencias. Durante 1949-1951 fue presidente del Deutsche Forschungsrat (Consejo Alemán de Investigación) y en 1953 se convirtió en presidente de la Fundación Alexander von Humboldt.
Una de sus aficiones es la música clásica: es un distinguido pianista. En 1937, Heisenberg se casó con Elisabeth Schumacher. Tienen siete hijos y viven en Munich.