Iniciou seus estudos de arte com Araújo Guerra, e também com seu irmão Jacob e seu tio Miguel Weingärtner. Em 1878, passou a viver na Alemanha, onde estudou em Hamburgo, Munich e Carlsruhe. Frequentou a Nova Escola de Belas Artes de Baden, em que estudou com Ferdinand Keller, Theodor Poeckh e Hildebrand. Datam desta época os seus primeiros trabalhos a óleo. Fez estudos também na Real Academia de Belas Artes de Berlim, em período de pesquisa e produção intensa. Em Paris, 1884, estudou com Robert Fleury e Adolphe Bouguereau e, no mesmo ano, obteve uma pensão de D. Pedro II e viajou para Roma. Em 1888, realizou sua primeira mostra individual, no Rio de Janeiro, com grande sucesso. Três anos depois, integrou o Salão de Paris, recebendo comentários elogiosos da crítica francesa. Lecionou Desenho na Escola Nacional de Belas Artes do Rio de Janeiro de 1891 a 1895, mantendo sempre contato com os grandes centros culturais europeus. Em 1893, Weingärtner veio ao Rio Grande do Sul, onde realizou vários estudos na zona da colônia, seguindo depois para Santa Catarina. Regressou à Europa, onde continuou expondo constantemente. No entanto, retornou numerosas vezes ao Brasil, realizando mostras no Rio de Janeiro, São Paulo e Porto Alegre.
De 27 de junho a 09 de agosto de 2009, a Pinacoteca do Estado de São Paulo apresentou, pela primeira vez, um panorama completo da obra de Pedro Weingärtner, um dos mais destacados artistas brasileiros da pintura de gênero do século XIX. Com o título PEDRO WEINGÄRTNER: UM ARTISTA ENTRE O VELHO E NOVO MUNDO foram reunidas 120 obras que abordam temas fundamentais da sua trajetória: regionalismo, pintura de gênero, modos e costumes.