Psicólogo de origen checo, uno de los fundadores, junto con Kurt Koffka y Wolfgang Köhler, de la psicología Gestalt, escuela que intenta examinar los fenómenos psicológicos como formas enteras estructuradas, en lugar de analizar sus componentes como unidades separadas en la práctica. Durante su juventud estudió violín, compuso música sinfónica y de cámara y pensaba que en la música estaría su futuro. En 1900 inició la carrera de leyes en la Charles University de Praga, pero un año después pasó a estudiar psicología en la Friedrich-Wilhelm University de Berlín, bajo la tutela de Carl Stumpf, famoso por sus notables aportes a la psicología de la música.
Recibió su doctorado en 1904 en la Universidad de Würzburg, al desarrollar un detector de mentiras para el estudio objetivo de declaraciones, desplegando un método de asociación de palabras durante su disertación. Llevó a cabo investigaciones en varios laboratorios de Praga, Berlín y Viena, interesándose particularmente en la percepción de estructuras ambiguas y complejas. A partir de estas observaciones desarrolló un conjunto de ideas que conformaron la base de la psicología gestalt.
Durante un viaje en tren en 1910, Wertheimer quedó intrigado por las cuestiones relativas a la percepción del movimiento, y en una parada en Frankfurt compró un estroboscopio de juguete para experimentar. Descubrió que iluminando dos líneas cercanas con un intervalo de tiempo suficientemente breve se tenía la sensación de percibir una sola línea en movimiento. A este fenómeno lo bautizó como fenómeno phi.
Wertheimer criticó el sistema educacional de la época, basado en la lógica tradicional y el asociacionismo, planteando que las tareas de resolución de problemas que implicaban reorganización y agrupamiento no eran estudiadas por la lógica, pero eran procesos esenciales del pensamiento humano. A esto se debe añadir el concepto de Praegnanz (precisión) que plantea que cuando las sensaciones se organizan para constituir formas, se sigue un principio de economía que persige el menor gasto de energía del sistema cognitivo. Para Wertheimer la verdad estaba determinada por la estructura total de la experiencia más que por sensaciones o percepciones individuales.
A pesar de que el núcleo de la gestalt gira en torno a la percepción, su alcance pronto se extendió a otras áreas de la psicología, enfatizando en el análisis dinámico y la relación de los elementos en su estructura total, desde la idea de que "el todo es mayor que la suma de sus partes".
Wertheimer viajó a los EE.UU. poco antes de que los nazis tomaran el poder en 1933. Se desempeñó como profesor en la Nueva Escuela para Investigaciones Sociales de New York, donde pasó los últimos años de su vida. En esa etapa se consagró al estudio de la ética social. Su libro Productive Thinking se publicó póstumamente en 1945.