Nasce em Wirsitz, filho de uma família aristocrática. Um telescópio que ganha de presente da mãe ainda criança desperta sua curiosidade pela investigação do espaço. Muda-se com a família para Berlim em 1920 e estuda engenharia mecânica no Instituto de Tecnologia e na Universidade de Berlim.
Projeta os primeiros foguetes experimentais em 1930, como pesquisa de laboratório. O projeto é encampado por Adolf Hitler quando ele assume o poder, em 1932. Chega a diretor do Centro de Pesquisas de Foguetes da base alemã Peenemunde, no Báltico, em 1937.
Desenvolve nele as primeiras bombas V-1 e V-2 (V de Vergeltung, ou vingança, em alemão). Ambas são precursoras dos mísseis balísticos. Durante a II Guerra Mundial, a Alemanha lança 4,3 mil dessas bombas, 1.230 delas sobre Londres, causando a morte de mais de 2,5 mil pessoas e ferindo gravemente cerca de 5,8 mil.
Entrega-se às tropas norte-americanas no final do conflito mundial e torna-se cidadão dos Estados Unidos. Faz o projeto do Explorer 1 e do Saturno 5 enquanto trabalha na Nasa (Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço). Deixa a agência em 1972 para dirigir uma empresa de produtos espaciais.