Nato in Germania nel 1994, ha iniziato la sua carriera di pilota nei kart nel 2003. È passato alla Formula 3 Euro Series nel 2012 concludendo, quello stesso anno, al secondo posto il campionato alle spalle di Dani Juncadella.
L'anno seguente, Wehrlein ha debuttato nel DTM all'età di 18 anni con Mucke Motorsport prima di passare alla squadra rivale HWA nel 2014. Qui, è diventato il pilota più giovane nella storia della serie a conquistare la pole position e a vincere una gara, conquistando un'ottava posizione in campionato, con 46 punti al suo attivo. Nello stesso anno, è stato annunciato che il pilota tedesco avrebbe ricoperto il ruolo di pilota di riserva per la squadra di Formula 1 Mercedes-AMG.
Nel 2015, Wehrlein ha conquistato il titolo del campionato DTM con cinque podi, un giro più veloce e due vittorie, diventando così il pilota più giovane a vincere il campionato tedesco di auto da turismo.
Queste prestazioni hanno fatto notare il pilota tedesco negli ambienti della Formula 1, dove ha debuttato con la Manor Racing nel 2016. Wehrlein ha conquistato l'unico punto della stagione per sé e per il team Manor, al Gran Premio d'Austria finendo la gara in decima posizione.
All'inizio del 2017, con l'addio di Manor dal campionato, Wehrlein è passato al team Sauber di Formula 1, con cui ha ottenuto gli unici punti della stagione per la squadra, prima di tornare nel DTM, l'anno successivo, nel team HWA, dove è arrivato ottavo.
Nel primo giorno dei test pre-stagionali di Formula E a Valencia, Mahindra Racing ha annunciato che Wehrlein avrebbe affiancato Jerome d'Ambrosio nel team indiano per la stagione 2018/19. Nel corso della stagione, il pilota tedesco ha conquistato un podio ed è arrivato molto vicino alla conquista della sua prima vittoria a Città del Messico.
Mostrando un grandissimo potenziale, Wehrlein ha firmato il contratto per un'altra stagione con il costruttore indiano, collaborando per la seconda volta con Jerome d'Ambrosio.
nella stagione 2020/21, Wehrlein è passato al team TAG Heuer Porsche. È stata una storia di occasioni mancate, con infrazioni che sono costate care a lui e alla squadra e la sua prima vittoria in Formula E a Puebla. Senza la doppia squalifica, i piloti tedeschi avrebbero creato problemi alle ultime posizioni della classifica. Alla fine ha concluso la stagione all'11° posto.
In vista della sua quarta stagione nelle competizioni completamente elettriche, tutti gli occhi erano puntati su di lui: si aspettava la prima vittoria per sé e per il leggendario marchio tedesco nel campionato.
Il Round 3 è stato una gara di redenzione per Wehrlein, quando a Città del Messico ha conquistato quella vittoria che gli era stata negata prima. La coppia del team piloti ha dominato la gara con una buona prestazione, giocando con il resto del gruppo, con una strategia di gestione dell'energia perfettamente ponderata. Alla fine hanno ottenuto una doppietta, con Andre Lotterer sul secondo gradino del podio.
Questo è stato il momento clou della loro stagione, perché poi a causa di problemi tecnici, Wehrlein non è riuscito a mantenere il controllo sulle leggendarie strade di Monaco. Il pilota tedesco ha ottenuto punti regolari finendo molte gare nelle prime dieci posizioni, per concludere la stagione al 10° posto.
Nella stagione 9 continuerà a gareggiare con Porsche per il terzo anno e dovrà affrontare nuove sfide con l'inizio dell'era Gen3, un'auto completamente nuova e un nuovo compagno di squadra, Antonio Felix da Costa, nella lotta per la conquista del titolo.