מוצאו וייחוסו השושלתי של פון בראון מקורו ביונקרים, מעמד חברתי של אצילים ששלט בירושה בקצונה הצבאית בשורות הצבא הפרוסי, אליטה בעלת האדמות שרוב אנשיה עסקו בשירותי המדינה במהלך המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20, עד לנפילת הקיסרות הגרמנית עם מהפכת נובמבר 1918. מעמד חברתי גבוה זה עבר בירושה או נרכש באמצעות נישואים. אביו של ורנר פון בראון, מגנוס פרייהר פון בראון, היה עובד בשירות המדינה בימי הקיסרות, קריירה שהבטיחה למשפחה איכות חיים של מעמד הביניים הגבוהה ופרנסה טובה. ורנר פון בראון גדל בסביבה מיוחסת זו עם חינוך גאוותני בכל הנוגע למורשת משפחתו, חינוך שהשפיע על התנהגותו ואופיו לאורך חייו.
נולד בעיר וירז'יסק (וירשיץ בגרמנית), במחוז פוזן, שהיה שייך באותה תקופה לגרמניה אך סופח בשנת 1920 לתוך הרפובליקה הפולנית השנייה. כבר כשהיה ילד העניקה לו אימו טלסקופ, וסקרנותו לכל הקשור באסטרונומיה ובתחום החלל לא הרפתה ממנו כל חייו. בשנותיו המוקדמות בבית הספר היסודי, פון בראון לא הצטיין במיוחד במתמטיקה ובפיזיקה. כל זה השתנה כשקרא ספר מאת חלוץ הפיתוח הרקטי האוסטרו-הונגרי הרמן אוברט – 'אל החלל הפלנטרי דרך הרקטות' (Die Rakete zu den Planetenräumen). פון בראון הצעיר טען מאוחר יותר כי התאהב בחלום לנסוע לחלל. הוא התחיל להשקיע בלימודי מתמטיקה, פיזיקה, כימיה ואסטרונומיה בהתלהבות.
כמו משפחות גרמניות רבות אחרות, גם משפחתו היגרה אל גרמניה לאחר שוירז'יסק הוחזרה לפולין ב-1920 במסגרת חוזה ורסאי. מקום מושבה החדש נקבע בברלין. כילד משך את ליבו ספר בשם "הטיל אל תוך החלל הבין-כוכבי" מאת אחד החלוצים בתחום פיתוח הטילים, הרמן אוברט. בגיל 13 גרם לפיצוץ גדול בעת שירה עגלת צעצוע, שאליה חיבר מספר זיקוקין די-נור. העגלה עפה למרחק של כמה בלוקים ועלתה באש. פון בראון הצעיר הוחזק במעצר על ידי המשטרה, עד אשר אביו הגיע לאסוף אותו. פון בראון היה אדם נאה מאוד והרבה לצאת עם נשים רבות בצעירותו. במהלך לימודיו בברלין, הוא נראה לעיתים קרובות עם שתי חברות בו זמנית.
ב-1930 הצטרף למכון הטכנולוגי של ברלין. ב"אגודת טיסות החלל" הוא חבר להרמן אוברט וסייע לו בתכנון טיל בעל מנוע דלק נוזלי. אחר כך קיבל משרה באוניברסיטת הומבולדט של ברלין. בשנת 1931, פון בראון החל ללמוד להטיס דאונים, ולקח שיעורים פרטיים בגרונאו, שלזיה. מאוחר יותר הוא הפך לטייס מיומן, בסופו של דבר הטיס הכל, החל ממטוסי קרב ועד מסוקים, אבל המטרה שלו לטוס יום אחד בחלל חמקה ממנו. זה היה בגרונאו שבראון פגש לראשונה והתיידד עם האנה רייטש, לימים טייסת ניסוי מפורסמת של הרייך השלישי.
הוא השלים דוקטורט בפיזיקה בשנת 1934. אך הכישרון המרכזי שלו לא נגע להנדסה או למדע אלא בניהול הנדסי. הוא התמחה בניהול ארגוני הנדסה גדולים. הוא היה משכיל, ג'נטלמן וכריזמטי. הוא עורר אמון באנשים רבים ורבים נעו אחריו. רבים מעובדיו שיבחו אותו לימים והרעיפו עליו מחמאות. בגיל 25 הוא הוביל צוות של 400 מהנדסים ועבדו תחתיו 5,000 אנשים כשהיה בן 30. בסוף שנת 1934 קבוצתו של פון בראון שיגרה בהצלחה זוג טילים שהגיעו לגובה של למעלה מ-2.4 קילומטר. באותו הזמן לא הייתה אגודת טילים גרמנית כלשהי, מאחר ש"אגודת טיסות החלל" התמוטטה, וניסויים בטילים נאסרו בידי המשטר הדיקטטורי החדש לאחר עליית הנאצים לשלטון.
פון בראון הושפע מחלוצי הנדסה ואווירונאוטיקה בני זמנו, בעיקר אישים כגון אוברט ואוגוסט פיקאר. השכלתו התבססה על לימודים גבוהים באוניברסיטת הומבולדט אך בנוסף לכך גם האוניברסיטה הטכנית של ברלין והמכון הטכנולוגי של ציריך היושב בשווייץ. לדברי ההיסטוריון נורמן דייוויס , בראון יכול היה לקדם את פעילותו בתחום הפיתוח הרקטי הודות לפרצה בהגבלות הצבאיות על גרמניה שהוטלו לפי חוזה ורסאי, לפיה רקטות לא נכללו ברשימת כלי הנשק שנאסר על גרמניה לפתח.
פעילותו בגרמניה הנאצית.
בראון עלה בשורות הפיקוד במערכת המדינית-תעשייתית שהקים המשטר הנאצי. עד 1937 הוא התמנה למנהל הטכני של תוכנית טילים סודית של הוורמאכט, הצבא הגרמני, וניהל מאות עובדים. זו הייתה באותה שנה שבה הצטרף למפלגה הנאצית. הוא היה חבר רשמי של המפלגה הנאצית ונשא תגית חבר מפלגה. מאוחר יותר קיבל דרגת רס"ן בשורות האס אס. קולונל ולטר דורנברגר חזה בהדגמה של רקטה ניסויית שפותחה על ידי פון בראון, ואף על פי שיכולותיה היו די מוגבלות, התרשם והציע לפון בראון להמשיך את הפיתוח תחת הנהלה צבאית. פון בראון הסכים להצעה ובשנת 1934 הושגה הצלחה בשיגור רקטת A-2 – דגם לא גדול של רקטה המונעת על ידי אתנול וחמצן נוזלי. אף על פי שבאותו הזמן כבר היו קיימות מספר אפשרויות לתערובות של דלקים ומחמצנים, העדיפו אנשי הצבא הגרמנים את השימוש באתנול עקב המחסור התמידי במוצרי נפט בגרמניה. האתנול, לעומת זאת, היה מצוי בשפע והגרמנים עשו בו שימוש לאורך כל מלחמת העולם השנייה.
לאחר ההצלחה עם טיל A-2, החלה הקבוצה של פון בראון לפתח את הטילים A-3 כמו גם A-4 (לימים הרקטה V-2). את עיקר שיפור היכולות המבצעיות של הטיל ניתן ליחס לעבודות השדרוג שבוצעו במנוע על ידי המהנדס וולטר טיל, ולהבשלה של הידע התאורטי שנצבר על ההתנהגות האווירודינמית של גופים על קוליים (דגם ה־A-3 שפותח קודם נדחה עקב אי־יציבות אווירודינמית שהפגין בניסויים שונים). כדי לבחון את ההתנהגות האווירודינמית של הטיל, נבנו בין 1936 ו־1939 במעבדות הפיתוח שלו כמה ממנהרות הרוח העל־קוליות הראשונות בהיסטוריה, שהותאמו במיוחד לחקר ההתנהגות האווירודינמית של עצמים הנעים במהירויות גבוהות בהרבה (על קוליות עד היפר קוליות) מכל מה שתוכנן עד אז.
פיתוח הטיל הבליסטי הראשון: V-2.
בשנת 1938 הוצע לו על ידי המשטר לפתח טילים במסגרת צבאית. ההצעה כללה משכורת נדיבה ותנאים נוחים. במתקן גדול בכפר פנמינדה בצפון מזרח גרמניה, על חופו של הים הבלטי, שקד פון בראון לצדו של מהנדס הטילים ולטר דורנברגר על פיתוח רקטת ה-A-4 ארוכת הטווח, וטיל על קולי נגד מטוסים שנקרא "וואסרפאל". לקראת סוף 1941, מרכז המחקר הצבאי בפנמינדה אחז בטכנולוגיות החיוניות להצלחה של ה־V-2. ארבע טכנולוגיות המפתח להצלחת הטיל היו:
ב-1942, שלוש שנים לתוך מלחמת העולם השנייה, הוא הוביל את פרויקט הטילים הבליסטיים הראשון בעולם, הוא A-4. הוא עדיין היה רק ​​בן 30 עם השלמת הפיתוח. בראון התנגד בבחינת עמדותיו האישיות לשימוש בטילים למטרות נשק ומלחמה. ב-1943 החליט היטלר להשתמש בטילי ה-A-4 כ"טילי נקמה" והביע תקווה שהטילים יעזרו לשנות את מהלך המלחמה לטובתה של גרמניה. הקבוצה מצאה את עצמה מייצרת המוני טילי A-4 במטרה לשגרם על לונדון. 14 חודשים לאחר הוראתו של היטלר לייצר את הטילים, ב-7 בספטמבר 1944, שוגר לעבר מערב אירופה טיל ה-A-4 המבצעי הראשון, שעתה נקרא V-2. כשה-V-2 הראשון נורה על לונדון, העיר פון בראון לכמה מעמיתיו: "הטיל עבד מצוין, הוא רק נחת על הכוכב הלא נכון." במהלך המלחמה שיגרו הנאצים את טיליהם כנגד אוכלוסייה אזרחית בבריטניה.
בסופו של דבר הושקו מעל 3,000 טילי V-2 נגד מטרות בבריטניה (עיקרם כוונו לאנגליה), בלגיה, צרפת והולנד (יותר טילי V2 פגעו באנטוורפן (1,610) בבלגיה מאשר בלונדון (1,358)). לפי ההערכות 8,000 אנשים, רובם באנטוורפן ובלונדון, נהרגו בהתקפות V-2. עוד 12,000 איש או יותר, רובם אסירי מחנות עבודה, מתו כתוצאה מתנאי העבודה והמחייה הנוראיים במפעלי הפיתוח במיטלוורק שהיה למחנה עבודה בתורינגיה. על אף העובדה שלפון בראון לא הייתה שליטה ישירה על מיטלוורק, הוא היה מודע היטב למצב העגום שם ובמחנה הריכוז מיטלבאו-דורה, כמו גם מחנה העבודה התת-קרקעי שפעל מתחת למתקן הפיתוח פנמינדה.
בניגוד לטענות שונות של מעורבים במשטר ובצבא שאם הוורמאכט היה משיג את ידו על רקטות V-2 מוקדם יותר, זה היה משנה את מהלך המלחמה, השפעתו הייתה מינורית. לרקטה היה אפקט הרתעתי עבור המתגוררים אם היית באזורי היעד – בעיקר לונדון ואנטוורפן – אבל במקומות אחרים היווה בקושי הסחת דעת למערכה האחרונה נגד גרמניה הנאצית בסוף 1944 וב-1945. לבעלות הברית לא הייתה הטכנולוגיה להפיל את הרקטה העל-קולית או למצוא את צוותי השיגור הניידים שלה, ואת מפעל הייצור התת-קרקעי בגרמניה היה קשה להפציץ, אז הם לא הסיטו הרבה כוחות, משאבים ומאמצים לשם כך.
למעשה, הפיתוח של רקטות V-2 היה דרך יקרה במיוחד להטיל פצצה נושאת טון אחד של נפץ על עיר אויב. הרקטות הביאו כאמור להרג של 5,000 אזרחים וחיילים של בעלות הברית בין ספטמבר 1944 למרץ 1945, בעוד שבעלות הברית מצידן השתמשו, בעזרת עליונות אווירית, בהפצצות אסטרטגיות מדי יום ולילה. פיתוח V-2 היה פריצת דרך מהפכנית בהנדסה רקטית, אך הוא הגיע מוקדם מדי – בהתחשב בטכנולוגיית השיגור שלו – בשביל להיות נשק יעיל. נדרשו ראשי נפץ גרעיניים, מנועי רקטות גדולים יותר ומערכות הנחיה טובות בהרבה כדי להפוך את הטיל הבליסטי לאיום עולמי במהלך המלחמה הקרה.
העבדת פרך בחסותו.
טילי ה-V-2 יוצרו בתנאים מחפירים, במפעלי עבודת כפייה תת-קרקעיים שבפיקוח האס אס. במפעלים הועבדו זרים, רבים מהם אסירי מלחמה ממדינות מזרח אירופה. העבודה המייסרת במפעל הביאה למותם של למעלה מ-12,000 עובדי כפייה. פון בראון נראה לכאורה במפעלים אלה שבמיטלבאו-דורה (במרכז גרמניה), שם הוא היה עד לערמות של גופות מתים. אין שום ראייה לכך שהוא ניסה למחות על ההרג של אותם אנשים. לאחר זמן אף התגלו מסמכים סודיים המצביעים על כך שבחר אישית אסירים לעבודות כפייה (עובדות אלו הוסתרו מפני הציבור האמריקני לאחר שנתגלו). מאוחר יותר בחייו אמר שהתבייש במה שראו עיניו.