Werner Heisenberg werd geboren op 5 december 1901 in Würzburg. Hij was de zoon van Dr. August Heisenberg en zijn vrouw Annie Wecklein. Zijn vader werd later hoogleraar Midden- en Moderne Griekse talen aan de Universiteit van München. Het was waarschijnlijk vanwege zijn invloed die Heisenberg opmerkte, toen de Japanse natuurkundige Yukawa het deeltje ontdekte dat nu bekend staat als het meson en de term “mesotron” ervoor werd voorgesteld, dat het Griekse woord “mesos” geen “tr” in zich heeft, met als resultaat dat de naam “mesotron” werd veranderd in “meson”.
Heisenberg ging tot 1920 naar de Maximiliaanschool in München, toen ging hij naar de Universiteit van München om natuurkunde te studeren bij Sommerfeld, Wien, Pringsheim en Rosenthal. In de winter van 1922-1923 ging hij naar Göttingen om natuurkunde te studeren bij Max Born, Franck en Hilbert. In 1923 promoveerde hij aan de universiteit van München en werd vervolgens assistent van Max Born in aan de Universiteit van Göttingen, en in 1924 behaalde hij de venia legendi aan die universiteit.
Van 1924 tot 1925 werkte hij, met een Rockefeller Grant, met Niels Bohr, aan de Universiteit van Kopenhagen, en keerde terug voor de zomer van 1925 naar Göttingen.
In 1926 werd hij benoemd tot docent theoretische fysica aan de universiteit van Kopenhagen onder Niels Bohr en in 1927, toen hij nog maar 26 was, werd hij benoemd tot hoogleraar theoretische fysica aan de universiteit van Leipzig.
In 1929 ging hij op een lezingentour naar de Verenigde Staten , Japan en India.
In 1941 werd hij benoemd tot hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Berlijn en directeur van het Kaiser Wilhelm Institute for Physics daar.
Aan het einde van de Tweede Tijdens de Eerste Wereldoorlog werden hij en andere Duitse natuurkundigen gevangengenomen door Amerikaanse troepen en naar Engeland gestuurd, maar in 1946 keerde hij terug naar Duitsland en reorganiseerde hij samen met zijn collega’s het Instituut voor Fysica in Göttingen. Dit instituut werd in 1948 omgedoopt tot Max Planck Institute for Physics.
In 1948 verbleef Heisenberg enkele maanden in Cambridge, Engeland, om lezingen te geven, en in 1950 en 1954 werd hij uitgenodigd om een lezing te geven in de Verenigde Staten. In de winter van 1955-1956 hield hij de Gifford Lectures aan de University of St. Andrews, Schotland, en deze lezingen werden vervolgens als boek gepubliceerd.
In 1955 was Heisenberg bezig met de voorbereidingen voor de verwijdering van de Max Planck Institute for Physics naar München. Nog steeds directeur van dit instituut, ging hij ermee naar München en in 1958 werd hij benoemd tot hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van München. Zijn instituut werd toen omgedoopt tot het Max Planck Instituut voor Fysica en Astrofysica.
Heisenbergs naam zal altijd worden geassocieerd met zijn theorie van de kwantummechanica, gepubliceerd in 1925, toen hij nog maar 23 jaar oud was. Voor deze theorie en de toepassingen ervan, die vooral resulteerden in de ontdekking van allotrope vormen van waterstof, ontving Heisenberg de Nobelprijs voor natuurkunde voor 1932.
Zijn nieuwe theorie was alleen gebaseerd op wat kan worden waargenomen, dat wil zeggen op de straling die door het atoom wordt uitgezonden. We kunnen, zei hij, niet altijd op een bepaald moment een positie in de ruimte toekennen aan een elektron, noch het in zijn baan volgen, zodat we niet kunnen aannemen dat de door Niels Bohr gepostuleerde planetaire banen werkelijk bestaan. Mechanische grootheden, zoals positie, snelheid, enz. Moeten worden weergegeven, niet door gewone getallen, maar door abstracte wiskundige structuren die “matrices” worden genoemd en hij formuleerde zijn nieuwe theorie in termen van matrixvergelijkingen.
Later Heisenberg verklaarde zijn beroemde onzekerheidsprincipe, dat stelt dat de bepaling van de positie en het momentum van een mobiel deeltje noodzakelijkerwijs fouten bevat waarvan het product niet kleiner kan zijn dan de kwantumconstante h en dat, hoewel deze fouten verwaarloosbaar zijn op menselijke schaal , kunnen ze niet worden genegeerd in studies van het atoom.
Vanaf 1957 was Heisenberg geïnteresseerd in werk aan problemen van plasmafysica en thermonucleaire processen, en ook veel werk in nauwe samenwerking met het International Institute of Atomic Physics aan Genève. Hij was verscheidene jaren voorzitter van het Comité voor Wetenschappelijk Beleid van dit Instituut en bleef daarna lid van dit Comité.
Toen hij in 1953 President van van de Alexander von Humboldt-stichting deed hij veel om het beleid van deze stichting te bevorderen, namelijk wetenschappers uit andere landen naar Duitsland uitnodigen en hen helpen daar te werken.
Sinds 1953 werd zijn eigen theoretische werk concentreerde zich op de unified field theory van elementaire deeltjes, die hem de sleutel lijkt te zijn tot een begrip van de fysica van elementaire deeltjes.
Naast vele medailles en prijzen ontving Heisenberg een eredoctoraat van de Universiteit van Brussel, van de Technologische Universiteit Karlsruhe en recent (1964) van de Universiteit van Boedapest; hij is ook ontvanger van de Orde van Verdienste van Beieren, en het Grootkruis voor Federale Diensten met Star (Duitsland). Hij is een Fellow van de Royal Society of London en een Ridder in de Order of Merit (Peace Class). Hij is lid van de Academies van Wetenschappen van Göttingen, Beieren, Saksen, Pruisen, Zweden, Roemenië, Noorwegen, Spanje, Nederland, Rome (Pontificaal), de Duitse Akademie der Naturforscher Leopoldina (Halle), de Accademia dei Lincei (Rome ), en de American Academy of Sciences. Van 1949-1951 was hij voorzitter van de Deutsche Forschungsrat (Duitse Onderzoeksraad) en in 1953 werd hij voorzitter van de Alexander von Humboldt Stichting.
Een van zijn hobby’s is klassieke muziek: hij is een vooraanstaand pianist. In 1937 trouwde Heisenberg met Elisabeth Schumacher. Ze hebben zeven kinderen en wonen in München.