Wagner nació en Penzing, un suburbio de Viena. Estudió en Berlín y Viena. En 1864, comenzó a diseñar sus primeros edificios en estilo historicista. A mediados y finales de la década de los años 1880, como muchos de sus contemporáneos en Alemania (tales como Constantin Lipsius, Richard Streiter y Georg Heuser), Suiza (Hans Auer y Alfred Friedrich Bluntschli) y Francia (Paul Sédille), Wagner se convirtió en un defensor del «Realismo arquitectónico». Era una posición teórica que le permitía mitigar la dependencia de las formas históricas. En 1894, cuando se convirtió en profesor de Arquitectura en la Academia de Bellas Artes de Viena, había avanzado mucho en este sentido hacia una oposición más radical a las corrientes entonces predominantes de arquitectura historicista.
En su primera época su estilo se caracterizó por la robustez y la sobriedad clásica. Más tarde recibió el encargo de la ampliación de Viena, del cual solo realizó una parte. A mediados de la década de los noventa, ya había diseñado varios edificios en Jugendstil. Wagner estaba muy interesado en el planeamiento urbanístico —en 1890 diseñó un nuevo plano para la ciudad de Viena, pero solo se construyó la red de ferrocarril urbano, el Wiener Stadtbahn. En 1896 publicó un libro de texto titulado Arquitectura Moderna en la que expresaba sus ideas sobre el papel del arquitecto; se basaba en el texto de su discurso inaugural de ingreso en la Academia del año 1894. Su estilo incorporó el uso de nuevos materiales y nuevas formas para reflejar el hecho de que la propia sociedad estaba cambiando. En su libro de texto, afirmaba que las "nuevas tareas y perspectivas humanas exigían un cambio o reconstitución de formas preexistentes". En la búsqueda de este ideal, él diseñó y construyó estructuras que reflejaban la función pretendida, como el austero bloque de apartamentos Neustiftgasse en Viena.
Este arquitecto ha influido en la obra de otros arquitectos coetáneos suyos, que han heredado su estilo vanguardista de finales del siglo XIX. Entre ellos, y destacando un arquitecto español, se encuentra Antonio Palacios; de los mejores exponentes de esta influencia es el Hospital de Jornaleros que diseñó y construyó en Madrid.
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