大工であった父に弟子入りし仕事を開始。 1788年から、チューリッヒとローザンヌで建築家として経験を積む。1790年にウィーンに渡り、建築学をほとんど独学で学び始める。1790年から1791年に、ウィーンとドレスデンの建築アカデミーで学ぶ。1791年から1792年、ベルリンでパッラーディオ主義の建築に触れ、カール・ゴッタルド・ラングハンス （1732-1808）、デビッド・ギリー （1748-1808）とハンス・クリスチャン・ジェネリ（1763年-1823年）らから建築思想に影響を受けている。
1792年から1797年までイタリアで過ごし、ローマに滞在していたカールルートヴィヒ・フェルノウ（1763年-1808年）のサークルで交流。ローマ、ポンペイ、ヘルクラネウムなどの古代建築の研究にいそしみ、特に、パエストゥムの建築に影響を受ける。
イタリアから帰後、短期でストラスブールとハノーファーなどで働いたが、かつての首都のバーデン公国グランド君主国から中央ドイツ主権国家として1715年に新しく創設された首都カールスルーエに、地位を築くため、カールスルーエ政府に建築設計の職を希望する。こうして、アウクスブルク市庁舎やマルクト広場と辺境伯カール・ヴィルヘルムが眠るピラミッド（Marktplatz mit Pyramide、教会の代わりであった）などを造営し、その後自身が1797年策定に関わった市の都市計画マスタープランで始まる凱旋路（1821年から1825年）など、カールスルーエの街や主だった施設を建設するための責任者になる。
またこのときから後進建築家の指導や古典作品に関する執筆出版、建築スタイルではヴァインブレンナー様式（バーデン古典主義様式）を開発した。1825年には次世代建築家を育成するため、カールスルーエで職業訓練学校の設立にも尽力した。
ヴァインブレンナーの建物のほとんどは、第二次世界大戦で破壊され、現在見られるのは1950年に再建されたものである。
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