Родился в Штутгарте, играл в детской команде «Штайнхальденфельд», затем присоединился к академии «Штутгарта». К концу нулевых считался одним из самых талантливых воспитанником «швабов». С 2010 года регулярно вызывался в сборные Германии различных возрастов, везде являясь основным бомбардиром. В сезоне 2012/13 среди юношеских команд Германии в составе «Штутгарта» стал лучшим бомбардиром дивизиона Юг/Юго-Запад. С 2012 по 2013 год забил 16 голов в 18 матчах сборной до 17 лет. Подобный прогресс помог Тимо дебютировать в основном составе «Штутгарта». В 2013 году, впервые дебютировав в профессиональном футболе в составе «Штутгарта», Вернер стал самым молодым игроком, когда-либо выходившим на поле в составе этого клуба в еврокубках, немногим позже став самым молодым автором забитого мяча в истории «швабов». Проведя более ста матчей за клуб Вернер перешёл в «РБ Лейпциг» в 2016 году. Тимо стал самым молодым игроком, достигшим отметки в 100 и 150 матчей в Бундеслиге. Забив немалое количество мячей на молодёжном международном уровне Вернер дебютировал за основную сборную Германии в 2017 году. В том же году он помог своей сборной выиграть Кубок конфедераций в России, по итогам турнира Вернер получил «Золотую бутсу».