Con el estallido de la Primera Guerra Mundial se alistó voluntariamente y por sus habilidades militares pronto fue puesto al frente de un pelotón, que dejó más tarde para convertirse en piloto de la Luftstreitkräfte.

Después de la guerra, se ofreció como voluntario en varios "Freikorps" que luchaban contra las formaciones comunistas, participando en varios enfrentamientos en la Alta Silesia y en la zona del Ruhr.

Un mes después se hizo cargo de la 4.ª División SS Polizei, dirigiendo a sus hombres durante más de un año en intensos combates contra los soviéticos, que le valió el ascenso a SS-Brigadeführer und Generalmajor der Polizei y las Hojas de Roble (23 de abril de 1942).

En junio de 1943 asumió el mando del IV Cuerpo Panzer SS hasta el 23 de octubre de 1943, fecha en que fue nombrado Chef der Ordnungspolizei para reemplazar a Kurt Daluege, que había sufrido un infarto de miocardio.

Tras el final de la contienda, en 1946 Wünnenberg fue internado en Dachau, aunque sería puesto en libertad tras un año.