Изучал медицину в Тюбингене, затем в Гейдельбергском университете, где провел свое первое экспериментальное исследование. В 1858 г. стал ассистентом Германа Гельмгольца, преподавал физиологию, а к 1867 г. разработал курс «Физиологической психологии». В 1874 г. стал профессором Цюрихского университета. С 1875 г. — профессор философии в Лейпциге, там же основал психологическую лабораторию, превращенную в 1879 г. в институт, где Вундт много и плодотворно работал до своей отставки в 1917 г.
Создатель ряда первых экспериментально-психологических методов, в основу которых положено организованное самонаблюдение. Автор экспериментальных работ в области психологии сознания, внимания, восприятия, простейших чувств, а также теоретических исследований высших психических процессов.