Paul Wunderlich nació en Eberswalde en Mark Brandenburg, Alemania, el 10 de marzo de 1927. De 1947 a 1951 estudió en lo que luego se convirtió en la "Hochschule für Bildende Künste" en Hamburgo en la clase de Willi Titze. Entre sus compañeros estaban Horst Janssen y Reinhard Drenkhahn.
En 1950 estudió con Willem Grimms durante un semestre. Después de terminar sus estudios enseñó técnicas de grabado y litografía de 1951 a 1960.
En 1957, Paul Wunderlich pintó cuadros tachistas, la mayoría de los cuales destruyó más tarde, dejando solo unos pocos. Poco tiempo después produjo sus primeras pinturas figurativas.
Entre 1961 y 1963 vivió y trabajó en París, donde perfeccionó su técnica de litografía en el taller de la impresora Desjobert. Una propuesta como profesor en la "Hochschule der Bildenden Künste" lo llevó de regreso a Hamburgo en 1963.
La segunda mitad de la década de 1960 estuvo marcada por experimentos con diversas técnicas. Se inspiró en modelos fotográficos, pintados con aerógrafo y plantillas.Comenzó a trabajar en esculturas y perfeccionó su técnica de gouache, que se convirtió en muy importante para el trabajo creativo de Paul Wunderlich en adelante.
Solía trabajar en imprentas en el extranjero. En 1968, el artista renunció a su puesto como profesor en la "Hochschule für Bildende Künste" en Hamburgo. Durante la década de 1970 estudió a Durero, Ingres y Manet y produjo una serie de "paráfrasis de Durero", en las que alienó los motivos de Durero de forma surrealista.
Durante la década de 1980 se centró en las esculturas. En 1994-95 varios museos japoneses en Tokio, Osaka, Hakkeido y Gifu mostraron una retrospectiva de su trabajo.
El artista murió en Francia en 2010. Es considerado como el exponente más importante del "realismo fantástico".