Вернер Бурмейстер родился 26 июня 1895 года в Шверине в семье купца Генриха Бурмейстера и его жены Софи (в девичестве, Карштадт; род. 1859, Гревесмюлен), являвшейся сестрой и первоначальной совладелицей известного универмага «Karstadt Warenhaus GmbH» . Вернер окончил среднюю школу «Fridericianum Schwerin» , после чего получал высшее образование в нескольких университетах.
В 1923 году он, под руководством Макса Хауттмана (1888—1926), написал и защитил диссертацию о монументальной живописи в Мекленбурге — став кандидатом наук в Ростокском университете. Затем Бурмейстер перешел в Гамбургский университет, где в 1931 году защитил докторскую диссертацию на тему «Северонемецкая средневековая кирпичная готика и ее отношение к западноевропейской» (Die norddeutsche mittelalterliche Backsteinkunst und ihre Beziehungen zu Westeuropa).
В 1933 года Бурмейстер стал членом штурмовых отрядов (СА), а с 1937 года он состоял в НСДАП. 11 ноября 1933 года он был среди более 900 ученых и преподавателей немецких университетов и вузов, подписавших «Заявление профессоров о поддержке Адольфа Гитлера и национал-социалистического государства» . После прихода к власти национал-социалистов, Вернер Бурмейстер некоторое время состоял приват-доцентом, возглавляя кафедру истории искусства в университете Гамбурга, которая — благодаря работам Эрвина Панофского и Аби Варбурга — стала известна за пределами Германии в области иконологии.
В качестве руководителя кафедры, которую Бурмейстер пытался направить строго в национал-социалистическом духе, он остро конфликтовал с Людвигом Генрихом Гейденрайхом (Ludwig Heinrich Heydenreich, 1903—1978), который пытался продолжить иконологическую традицию.
В 1940 году Вернер Бурмейстер был призван в Вермахт, где служил в звании капитана. Его преемником в качестве главы кафедры стал Хуберт Шрейд, который уже в 1941 году перешел в Страсбургский университет. Бурмейстер получил приглашение стать профессором в Кенигсберге, которое не смог принять. Вернер Бурмейстер скончался 30 ноября 1945 года в Гамбурге при неизвестных обстоятельствах.