Han var sønn av «ecklesiastikminister» Gunnar Wennerberg (1817-1901) og grevinne Hedvig Sofia Cronstedt, og nevø på farssiden av Gunnar Brynolf Wennerberg. Hans søster var mor til Amelie Posse. Etter å ha tatt studentexamen og studert jus i Uppsala noen år, dro han til Paris i 1886 der han studerte kunst med Léon Bonnat og Henri Gervex som lærere. I 1889 deltok han i en utstilling i Paris der han fikk hederlig omtale («mention honorable») for sine blomstermalerier. I begynnelsen arbeidet han kun med blomsterstudier utført i pastell, men etter å ha studert kunsthåndverk i Sèvres utenfor Paris skiftet han retning og viet seg til keramisk kunst. Fra 1895 til 1896 var han elev ved Axel Tallbergs etsningskurs i Stockholm, og fra 1902 var han ansatt som lærer i mønstertegning ved Tekniska skolan. Fra 1908 frem till sin død var Wennerberg bosatt i Paris, der han blant annet arbeidet ved porselensfabrikken i Sèvres og ledet arbeidet med å dekorere interiøret på slottet Les Bouleaux ved Chantilly.