Werner Heisenberg s-a născut la 5 decembrie 1901, la Würzburg. Era fiul doctorului August Heisenberg și al soției sale, Annie Wecklein. Tatăl său a devenit ulterior profesor de limbi grecești moderne și moderne la Universitatea din München. Probabil datorită influenței sale, Heisenberg a remarcat, atunci când fizicianul japonez Yukawa a descoperit particula cunoscută acum sub numele de mezon și a fost propus termenul „mezotron”, că cuvântul grecesc „mesos” nu are „tr” în el, cu rezultatul că numele „mesotron” a fost schimbat în „meson”.
Heisenberg a mers la școala Maximilian din München până în 1920, când a mers la Universitatea din München pentru a studia fizica la Sommerfeld, Wien, Pringsheim și Rosenthal. În timpul iernii 1922-1923 a mers la Göttingen pentru a studia fizica la Max Born, Franck și Hilbert. În 1923 și-a luat doctoratul la Universitatea din München și apoi a devenit asistent al lui Max Born la Universitatea din Göttingen, iar în 1924 a câștigat venia legendi la acea Universitate.
Din 1924 până în 1925 a lucrat, cu un Rockefeller Grant, cu Niels Bohr, la Universitatea din Copenhaga, revenind pentru vară din 1925 la Göttingen.
În 1926 a fost numit lector în fizică teoretică la Universitatea din Copenhaga sub conducerea lui Niels Bohr și în 1927, când avea doar 26 de ani, a fost numit profesor de fizică teoretică la Universitatea din Leipzig.
În 1929 a plecat într-un turneu de prelegeri în Statele Unite. , Japonia și India.
În 1941 a fost numit profesor de fizică la Universitatea din Berlin și director al Institutului de fizică Kaiser Wilhelm de acolo.
La sfârșitul celui de-al doilea Războiul mondial, el și alți fizicieni germani, au fost luați prizonieri de trupele americane și trimiși în Anglia, dar în 1946 s-a întors în Germania și a reorganizat, împreună cu colegii săi, Institutul de Fizică de la Göttingen. Acest institut a fost, în 1948, redenumit Institutul Max Planck pentru fizică.
În 1948 Heisenberg a stat câteva luni la Cambridge, Anglia, pentru a susține prelegeri, iar în 1950 și 1954 a fost invitat să țină cursuri la Statele Unite. În iarna 1955-1956 a susținut prelegerile Gifford la Universitatea St. Andrews, Scoția, aceste prelegeri fiind publicate ulterior sub formă de carte.
În 1955, Heisenberg a fost ocupat cu pregătirile pentru înlăturarea Institutul Max Planck pentru Fizică la München. Încă director al acestui institut, a mers cu el la München și în 1958 a fost numit profesor de fizică la Universitatea din München. Institutul său a fost redenumit atunci Institutul Max Planck pentru fizică și astrofizică.
Numele lui Heisenberg va fi întotdeauna asociat cu teoria sa despre mecanica cuantică, publicată în 1925, când avea doar 23 de ani. Pentru această teorie și aplicațiile acesteia care au dus în special la descoperirea formelor alotrope de hidrogen, Heisenberg a primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru 1932.
Noua sa teorie s-a bazat doar pe ceea ce poate fi observat, adică asupra radiației emise de atom. Nu putem, a spus el, să atribuim întotdeauna unui electron o poziție în spațiu la un moment dat și nici să-l urmăm pe orbita acestuia, astfel încât să nu putem presupune că orbitele planetare postulate de Niels Bohr există de fapt. Mărimile mecanice, cum ar fi poziția, viteza etc. ar trebui reprezentate, nu prin numere obișnuite, ci prin structuri matematice abstracte numite „matrici” și el și-a formulat noua teorie în termeni de ecuații matriciale.
Mai târziu Heisenberg a declarat faimosul său principiu de incertitudine, care stabilește că determinarea poziției și impulsului unei particule mobile conține în mod necesar erori al căror produs nu poate fi mai mic decât constanta cuantică h și că, deși aceste erori sunt neglijabile la scara umană , nu pot fi ignorate în studiile asupra atomului.
Începând cu 1957, Heisenberg a fost interesat de lucrările asupra problemelor fizicii plasmei și ale proceselor termonucleare și, de asemenea, a lucrat în strânsă colaborare cu Institutul Internațional de Fizică Atomică de la Geneva. El a fost timp de mai mulți ani președinte al Comitetului de politică științifică al acestui institut și ulterior a rămas membru al acestui comitet.
Când a devenit, în 1953, președinte Pentru Fundația Alexander von Humboldt, el a făcut multe pentru a promova politica acestei Fundații, care a fost de a invita oameni de știință din alte țări în Germania și de a-i ajuta să lucreze acolo.
Din 1953, propria sa lucrare teoretică a fost concentrat pe teoria unificată a câmpului particulelor elementare care i se pare a fi cheia înțelegerii fizicii particulelor elementare.
În afară de multe medalii și premii, Heisenberg a primit un doctorat onorific la Universitatea din Bruxelles, la Universitatea Tehnologică Karlsruhe și recent (1964) la Universitatea din Budapesta; este, de asemenea, beneficiar al Ordinului de Merit al Bavariei și al Marii Cruci pentru Servicii Federale cu Star (Germania). Este membru al Societății Regale din Londra și Cavaler al Ordinului Meritului (Clasa Păcii). Este membru al Academiilor de Științe din Göttingen, Bavaria, Saxonia, Prusia, Suedia, România, Norvegia, Spania, Olanda, Roma (Pontificial), Akademie der Naturforscher Leopoldina (Halle), Accademia dei Lincei (Roma) ), și Academia Americană de Științe. În perioada 1949-1951 a fost președinte al Deutsche Forschungsrat (Consiliul German de Cercetare) și în 1953 a devenit președinte al Fundației Alexander von Humboldt.
Unul dintre hobby-urile sale este muzica clasică: este un pianist distins. În 1937, Heisenberg s-a căsătorit cu Elisabeth Schumacher. Au șapte copii și locuiesc la München.