魏格纳出生于柏林一个牧师家庭。他在柏林大学学习天文学、气象学和物理学，1905年获天文学博士学位，主要兴趣转向气象学。1906年至1908年作为气象学家参加丹麦格陵兰考察队，使用风筝和探空气球研究北极大气，建造了格陵兰岛上第一个气象观测站。1908年回到德国后在马尔堡大学任气象学讲师，讲课清晰生动，深受学生欢迎。

1910年他浏览世界地图时注意到大西洋两岸轮廓惊人吻合，起初认为是巧合。1911年读到巴西与非洲存在古生物陆桥连接的论文后，他意识到大陆曾连接在一起。他系统收集两岸古生物化石、地层和地质构造相似性证据，注意到中龙、水龙兽等无法横渡大洋的化石在两岸都有发现。

1912年1月6日，魏格纳在法兰克福地质协会首次正式提出大陆漂移假说。1915年一战期间他两度负伤，养伤时完成《海陆的起源》，系统阐述理论：约3亿年前所有大陆连接成"泛大陆"，后来分裂并像冰山一样在硅镁层上漂移到今天位置。

大陆漂移说遭到地质学界几乎一致反对，主要批评是他提出的潮汐力和离极力被证明太弱无法推动大陆。但魏格纳不断收集证据，四次修订《海陆的起源》。1924年任奥地利格拉茨大学教授。

1930年魏格纳第四次考察格陵兰，计划在冰盖中心建立全年科学站。9月21日，50岁的他在零下54摄氏度严寒中从中心站返回西海岸基地时不幸遇难，遗体第二年5月被发现。30年后海底扩张和板块构造理论证实了他的核心思想，只是驱动机制是地幔对流而非他提出的力。月球和火星上有以他命名的陨石坑，南极洲有魏格纳半岛。