能斯特出生于西普鲁士布里森(今波兰翁布热伊诺)。1883年进入苏黎世大学学习，后在柏林大学、格拉茨大学深造，1887年在维尔茨堡大学获博士学位，同年成为奥斯特瓦尔德在莱比锡大学的助手。1889年，25岁的能斯特发表了著名的能斯特方程，描述了电极电位与浓度、温度的关系，这一方程至今仍是电化学的核心公式。

1891年能斯特任哥廷根大学物理化学教授，1894年参与创建哥廷根物理化学研究所。这一时期他发明了能斯特灯——一种用稀土氧化物制成的白炽灯，发光效率远高于当时的碳丝灯，这一发明后来被用于红外光谱仪。1905年能斯特被任命为柏林大学物理化学教授，次年提出了他最重要的贡献——能斯特热定理。这一定理经过普朗克、爱因斯坦等人发展后成为热力学第三定律，指出不可能通过有限步骤将物体冷却到绝对零度。

第一次世界大战期间，能斯特曾参与德国军事研究，包括催泪瓦斯和炸药。1918年他研究光化学链式反应，提出原子链式反应理论，这一理论后来被用于解释核反应。1920年，因在热化学领域的杰出贡献，能斯特被授予诺贝尔化学奖。他将奖金全部捐给了德国战时救济组织。

能斯特是一位极具个性的科学家，思维敏捷，善于发明创造，同时也是一位出色的教师。他的两个儿子在一战中阵亡，女儿嫁给犹太人后为躲避纳粹迫害流亡国外。1933年纳粹上台后，能斯特因反对反犹政策和纳粹意识形态，逐渐淡出学术圈。1941年11月18日在柏林附近的齐贝尔斯多夫庄园逝世，享年77岁。他的葬礼由物理学家普朗克和劳厄主持，他是科学界一位令人怀念的巨人。