Родился в семье сельского учителя.
С 1915 года изучал философию, историю, социологию, географию в Лейпцигском университете, затем в Мюнхене, Берлине, Ростоке, с 1919 года снова в Берлине.
С 1921 года изучал синологию в Лейпциге.
В 1928 году получил докторскую степень во Франкфуртском университете и начал работать в Институте социальных исследований во Франкфурте.
В 1918 году вступил в Независимую социал-демократическую партии Германии.
В 1920—1930-х годах увлекался марксизмом и с 1920 года был активным членом Коммунистической партии Германии.
В годы учёбы начал писать статьи, пьесы, стихи. Его пьесы — «Красные солдаты» (1921), «Человек с идеей» (1922), «Мать» (1922), «Беглец» (1922, переведена на русский язык Лилей Брик), «Кто самый глупый» (1923) — оценивались как пролетарские и революционные.Выступал с научными докладами во время поездок в СССР в 1928, 1931 и 1932 годах. Его наиболее фундаментальный труд этого периода — «Производительные силы. Процесс производства и обращения» (1931), первый том из задуманного им двухтомника «Экономика и общество Китая» , изданный в Лейпциге (план второго тома не был осуществлён). Азиатский строй («государство крестьян и чиновников» ) рассматривался как классово-эксплуататорская общественная система, отличная от античного рабовладения и от феодализма.После прихода в Германии к власти нацистов как участник коммунистического движения был арестован и в течение нескольких месяцев находился в тюрьмах и концлагерях.
В 1934 году благодаря хлопотам его жены Ольги Иоффе-Ланг с помощью Фридриха Хильшера, Карла Хаусхофера и Ричарда Тоуни ему удалось освободиться и эмигрировать в США, где он принял американское гражданство и отошёл от политической деятельности, сосредоточившись на научной работе, посвященной истории Китая. Преподавал историю Китая в Колумбийском и Вашингтонском университетах. Важную роль в развитии его научных взглядов сыграло пребывание в 1935–1937 годах в Китае.
В конце 1930-х годов стал институционалистом.Под влиянием известий о сталинских репрессиях и советско-германского пакта порывает в 1939 году с коммунистами и переходит на антикоммунистические позиции.
В 1951 году во время маккартистского расследования в США против американских синологов выступил как активный свидетель обвинения.Главным его научным достижением стала монография «Восточный деспотизм. Сравнительное изучение тотальной власти» (1957), ставшая международным научным бестселлером и уже в 1960-е годы вышедшая в США, Японии, ФРГ, Франции, Испании и Италии.Личная жизньВ 1921 году женился на Розе Шлезингер.Вторая жена (с 1933 года) — Ольга Иоффе-Ланг (1897, Екатеринослав — 1992), советская журналистка, позже социолог, путешествовала в Китай вместе с Виттфогелем, помогала ему в исследовательской работе, опубликовала монографию о китайской семье и биографию Ба Цзиня.Третья жена (с 1940 года) — антрополог Эстер Шифф Голдфранк.