Wieland mottok sin doktorgrad i 1901 på Ludwig-Maximilians-Universität München mens han studerte under Johannes Thiele. I 1904 fullførte han sin habilitasjon og fortsatte deretter å undervise på universiteter. Fra 1907 var han konsulent for Boehringer Ingelheim. I 1914 ble han lektor i organisk kjemi og leder av den organiske avdeling på Statslaboratoriet i München. Fra 1917 til 1918 arbeidet Wieland på Kaiser Wilhelm -instituttet for fysisk kjemi og elektrokjemi i Berlin-Dahlem, under ledelse av Fritz Haber som et alternativ til militærtjeneste. Her var han involvert i våpenforskning som for eksempel å finne nye syntetiske måter å fremstille sennepsgass på. Han er også kreditert for den første syntese av adamsitt.