Werner Siemens 1816. december 13-án született Lenthében (ma Gehrden, Hannover mellett). A lübecki gimnáziumba járt, majd 17 évesen belépett a porosz tüzérséghez, mert apja nem tudta volna taníttatni. Elvégezte a berlini tüzér- és mérnökiskolát, majd 1840-ben Wittenbergben egy párbajban segédként működött közre, emiatt rövid időre börtönbe került.
A magdeburgi fogságban kémiai kísérleteket folytatott, majd 1842-ben kidolgozta első találmányát, egy galvanizálási eljárást. 1841 körül átvezényelték Berlinbe, a tüzérség műhelyeihez, itt lehetősége nyílt a kutatómunkára. Megismerkedett a Charles Wheaststone által szerkesztett elektromos távíróval, felismerte az abban rejlő lehetőségeket, s az általa feltalált hengeres induktorral tökéletesítette. Távírórendszerét szinte azonnal bevezette a bajor vasút.
1847-ben földalatti kábelt fektetett le a hadsereg számára. Ekkor állapodott meg Johann Georg Halske műszerésszel, hogy együtt létesítsenek távírókészülékeket gyártó üzemet Berlinben. 1848-ban, a német-dán konfliktus idején távíróvonalat épített ki Berlin és a frankfurti Nemzetgyűlés között, s más állami vonalak építését is ellenőrizte. 1849-től kilépett a hadseregből és csak saját vállalatával foglalkozott.
A Telegraphen-Bau-Anstalt von Siemens&Halske cég hamar felvirágzott, nagy távközlési munkákban vett részt, s nemsokára az elektromos ipar más területeire is kiterjesztette tevékenységét. Halske 1868-ban kivált a cégből, Siemens öccseivel, Carl Wilhelmmel (aki később Charles William néven szerepelt) és Friedrichhel leányvállalatokat alapított Londonban, Szentpétervárott, Bécsben és Párizsban. William öccse dolgozta ki később az acélgyártást forradalmasító Siemens-Martin eljárást.
Werner Siemens folytatta kutatásait és találmányait sorra meg is valósította. 1844-ben a távírókábeleket guttapercsával, egy kaucsukhoz hasonló anyaggal szigetelte, ezt később a közvilágítási kábeleknél is alkalmazták. A porosz kormány engedélyezte az első ilyen kábel lefektetését Berlin és Grossbeeren között. A fektetés során Siemens számos tapasztalatot szerzett, ez tette lehetővé a tenger alatti kábelek lefektetését is Európa és Afrika, Európa és Amerika, valamint Európa és India között.
1856-ban találta fel a mágneses induktort, 1866-ban pedig egy öngerjesztő generátort, dinamót, amelyet acélmágnes helyett az erős elektromágnes maradék mágnességével is el lehet indítani. Ez a dinamó-elv, amelyet Jedlik Ányos hét évvel előbb felismert, azonban Siemens szabadalmaztatta és terjesztette el. Dinamója - melyben az általa kifejlesztett kettős T-armatúrát alkalmazta, a korábbi tárcsás forgórész helyett - tette lehetővé az erősáram gerjesztését és ipari felhasználását.
1879-ben szerkesztette meg villamos mozdonyának modelljét, 1880-ban elektromos liftet, 1881-ben villamost épített. A cég rendszerét alkalmazták Budapesten a kontinens első városi villamosvonalának építésénél.
Kutatta a félvezetőket, 1875-ben kidolgozta a fotoelektromos szeléncella működési elvét. Szerepe volt a galvanométer, valamint a villámhárító továbbfejlesztésében. Anyagi támogatást nyújtott a berlini Fizikai-Műszaki Intézet megalapításához. 1860-ban a berlini egyetemen a filozófia doktora lett, 1874-ben a porosz akadémia rendes tagjává választotta. 1888-ban nemesi címet kapott.
Visszaemlékezései 1892-ben, halála évében jelentek meg. A Siemens-céget fia, Carl Friedrich fejlesztette gazdasági óriássá.