Nach einer Lehre als Zeichner in einer Silberwarenfabrik besuchte Wilhelm Wagenfeld einen Vorkurs in der Metallwerkstatt des Bauhaus unter Leitung von Moholy-Nagy. In dieser Zeit entstand die zum modernen Designklassiker gewordene Wagenfeld-Lampe WG24, die oft auch als Bauhaus-Lampe bezeichnet wird. Von 1926 bis 1930 war er zuerst Assistent dann Lehrer an der Bauhochschule in Weimar. Ab 1930 war Wilhelm Wagenfeld freiberuflich als Entwerfer tätig und arbeitete intensiv mit den Jenaer Glaswerken und später mit den Vereinigten Lausitzer Glaswerken zusammen. Entwürfe aus dieser Zeit werden heute noch produziert.

Nach Kriegsdienst und russischer Kriegsgefangenschaft lehrte Wilhelm Wagenfeld zunächst an der Werkakademie in Dresden, dann an der Leibniz-Akademie in Berlin, schliesslich Industrielle Formgebung an der Berliner Hochschule für bildende Künste. 1950 wurde Wagenfeld als Referent für Industrielle Formgebung nach Stuttgart berufen. 1954 eröffnete er eine eigene Versuchs- und Entwicklungswerkstatt für Industriemodelle. Es entstanden , heute noch weitverbreitete Gebrauchsgegenstände aus Glas und Metall. Ansichten und Erfahrungen seines langen Designerlebens fasste er, ausgezeichnet mit verschiedenen Preisen und der Ehrendoktorwürde der Universität Stuttgart, in Büchern zusammen.