奧斯特瓦爾德1853年9月2日生于俄國拉脫維亞的首府里加，家里兄弟三人，家境貧寒，雙親是德國移民后裔，父親是制桶匠人，母親是面包師之女。奧斯特瓦爾德具有愛好繪畫的天性和制造器物的手藝，從小酷愛自然，喜歡鉆研，熱衷采集植物標本，觀察動物活動，捕捉螢火蟲、蝴蝶和甲蟲。

10歲時進入一所五年制新型實科中學學習，閱讀了形形色色的書刊。11歲時他看到一本關(guān)于制作焰火的書，便自己摸索實驗，父母都很支持，父親專門騰出一間地下室給他做實驗室，母親把廚房的研缽、篩子、器皿借給他用，他自己則設(shè)法到建筑工地干零活、作貼花畫出售掙錢購買必要的藥品器材，經(jīng)過反復(fù)試驗，終于制成絢麗的焰火。

不久，他又迷上照相，他用父親裝雪茄煙的空匣子作暗箱，用母親的觀劇鏡作鏡頭，用涂有藥液的硬紙片作顯影紙，拆下窗格上的玻璃作底板，最后還真洗出了照片。兩次成功，使他體驗到莫大的喜悅和幸福，點燃了他童年的熱情，打開了他心靈的窗戶，照亮了他通向未來的道路。

后來，他讀到一位農(nóng)業(yè)化學家所著的《化學的學校》，這本教育杰作在他看來比他得到的什么東西都有價值，他盡情地品味書中的有趣實驗，盡可能地動手去做，而他當時還沒上過化學課哩。奧斯特瓦爾德還喜歡繪畫、音樂和文學，多方面的興趣分散了他的時間和精力，以致五年的課程他讀了七年才算勉強畢業(yè)，但還需補習半年俄語。在這半年里，他邊補習邊做家教，教幾個準備入中學的孩子，還用家教所得買了一臺縫紉機孝敬母親，樂得母親合不攏嘴。

1872年1月，奧斯特瓦爾德根據(jù)自己的興趣進入多帕特大學學習。在頭一年半，他沒有好好聽課，而是忙于里加大學生聯(lián)誼會的事務(wù)，組樂隊、拉提琴、畫風景畫、參加社交活動，落下不少課程。后來才總算覺悟，憑自學補上了刷掉的課程，并在施密特教授的指導(dǎo)下學習化學，在厄廷根教授的指導(dǎo)下攻讀物理，還找到一本斯涅爾的趣味教科書自學數(shù)學，進步很快，于1875年1月按期畢業(yè)，還發(fā)表了他的第一篇論文“論水在化學上的質(zhì)量作用”。

大學畢業(yè)后，他成為厄廷根教授的助手，致力于通過物理測量研究化學親和力，于1876年底以“關(guān)于親和力的體積化學研究”通過碩士學位，于1878年底以“體積化學和光化學研究”獲得博士學位，確立起自己在化學界的地位。1879年底受聘多帕特實科中學教授數(shù)學和科學，并作為施密特教授的助手繼續(xù)其物理化學研究。

1882年初受聘里加工學院化學教授，開始“化學動力學研究”的系列工作，通過反應(yīng)速率、電導(dǎo)率測量繼續(xù)親和力研究，期間他設(shè)計了一種簡單有效、立即為許多實驗室普遍采用的著名恒溫器，考察了作為德國化學中心的萊比錫大學，出版了開創(chuàng)性的《普通化學概論》，先后拜訪了瑞典年輕人阿倫尼烏斯和荷蘭化學家范特霍夫，對他們的工作給予極大的肯定和支持，開啟了三人的友誼和合作關(guān)系，并著手籌辦《物理化學雜志》。 

1887年9月，奧斯特瓦爾德回歸德國，出任萊比錫大學物理化學教授，成為德國也是世界化學史上第一個名符其實的物理化學教授，開始其學術(shù)生涯的黃金時期。在這里，他和范特霍夫共同創(chuàng)辦了《物理化學雜志》（該刊的創(chuàng)刊標志著物理化學學科的正式誕生），團結(jié)吸引了一大批化學同行和青年學子，很快形成物理化學的萊比錫學派，并成為世界物理化學的教學和研究中心。

1888年他提出稀釋定律和電離常數(shù)、溶度積概念，1891年提出酸堿指示劑理論，1892年提出熱力學第二定律的奧斯特瓦爾德說法（第二類永動機不可能實現(xiàn)），1894年出版使分析化學教學發(fā)生革命的《分析化學基礎(chǔ)》，1895年對催化和催化劑作出科學的解釋，1898年出版《接觸作用學說通史》，1902年出版《論催化作用》，他還將催化用于工業(yè)合成氨（1900）及由氨制硝酸（1906）。

此外，他還出版了工具書《實用物理化學測量手冊》、教科書《無機化學大綱》、科普書《化學學?！泛汀犊茖W的發(fā)展》、1100頁的專業(yè)巨著《電化學：歷史與理論》（奧斯特瓦爾德自認是他最好的一本書，卻是他唯一未再版和未被翻譯的書）、紀念碑式的《奧斯特瓦爾德精密科學的經(jīng)典作家》叢書，發(fā)明了奧氏粘度計，發(fā)現(xiàn)了結(jié)晶過程的奧斯特瓦爾德規(guī)則和奧斯特瓦爾德熟化（陳化），等等。1909年由于催化及氨制硝酸方面的開創(chuàng)性工作榮獲諾貝爾化學獎。 

1890年初夏他在熱力學研究中頓悟，轉(zhuǎn)向能量學和哲學研究，創(chuàng)立“唯能論”（1892），認為能量是宇宙唯一實體，物質(zhì)是能量的表現(xiàn)形式，分子、原子和離子只是數(shù)學虛構(gòu)，反對原子論，遭致玻耳茲曼、普朗克等人的激烈批評，被列寧譏為“偉大的化學家和渺小的哲學家”。他出版《自然哲學講演錄》《自然哲學概論》《能量》、《能量命令》《價值哲學》等，發(fā)布“能量命令”（利用能量，切勿浪費），給出“幸福公式”（H=k（E-W）（E+W）：式中H表示幸福指數(shù)，E表示完成工作時花費的有用精力，W表示克服障礙時所耗費的情力，k是能量過程轉(zhuǎn)化為心理過程的因子），探索天才心理，創(chuàng)造世界語Ido（伊多語）。

他宣講“一元論”哲學，宣揚無神論思想，反對基督教偽科學教義，推動退出教會運動，與李卜克內(nèi)西一起參加群眾集會游行，被美國報紙罵作“惡魔之子”，被德國社會視為“赤色戰(zhàn)士”。他宣傳裁軍，反對戰(zhàn)爭，抨擊反猶太主義，推動創(chuàng)建國際化學聯(lián)合會和歐洲聯(lián)邦，積極參與國際和平運動，呼吁人們采取國際主義與和平主義以及系統(tǒng)規(guī)劃保護自然資源與能源。他認為“節(jié)能”是每個人必須履行的責任，戰(zhàn)爭是“最壞的能源浪費”。有不少人認為，奧斯特瓦爾德應(yīng)該獲得諾貝爾和平獎。

由于興趣轉(zhuǎn)向，奧斯特瓦爾德于1906年夏天從萊比錫大學提前退休，此后作為“自由長矛騎士”和“實踐的理想主義者”一直居住在萊比錫附近格羅斯伯登村他名之為“能量”的鄉(xiāng)間宅第（后來成為奧斯特瓦爾德檔案館）。此時，他在分子實驗事實面前，坦承自己的錯誤，重歸原子論，但這并不妨礙他對能量學和唯能論的孜孜不倦的追求。

1910年后他致力于顏色學研究，創(chuàng)立與音階對應(yīng)的定量的和諧的奧斯特瓦爾德顏色理論和表色空間，使“顏色的世界從屬于測量和數(shù)目的控制之下”，并于1920年出版專著《奧斯特瓦爾德色譜》。

奧斯特瓦爾德不愧是“高級萬能博士”和“天才綜合體”，他生命不息，思想不止，筆耕不綴，一生著書45部、論文500篇（一說著書77部、論文300多篇）、評論5000篇，創(chuàng)編雜志6種。1927年出版了三卷本1200頁的文化史巨著《生命線?自傳》（他把頭兩卷題獻給德國青年、第三卷題獻給德國人民），彌留之際還寫下了他的最后一部著作《歌德?先知》（1932）。 

1932年4月4日一個星光閃爍的春夜，奧斯特瓦爾德在萊比錫去世，終年79歲。