Wolfgang Kieling wurde am 16. März 1924 in Berlin-Neukölln geboren. Seine Eltern waren zwar keine hauptberuflichen Schauspieler, gehörten aber einem Theaterverein an, wodurch Kieling bereits als Kind sein Bühnendebüt gab, in der Rolle des Karlchens in dem Volksstück "Mein Leopold". Mit sechs Jahren nahm er als Kindersopran seine erste Schallplatte auf, gefolgt von einer Karriere im Kinderfunk, wo er das 'Wölfchen' in der populären Rundfunkreihe "Kunterbunt" sprach.  

Nach ersten Auftritten in Kurzfilmen gab Kieling sein Spielfilm-Debüt 1936 in Veit Harlans "Maria, die Magd". In den nächsten Jahren folgten zahlreiche, meist kleinere Rollen. Parallel dazu absolvierte Kieling 1938 die Mittlere Reife und machte später sein Abitur am Abendgymnasium. Er nahm Schauspielunterricht bei Albert Florath und machte bei der Ufa eine Ausbildung zum Regieassistenten.  

1941 schloss er sich dem Ensemble des Landestheaters der Mark Brandenburg in Luckenwalde an, einer Wanderbühne, die an verschiedenen Provinztheatern gastierte; danach spielte er am Theater Potsdam. 1942 wurde seiner florierenden Karriere durch die Einberufung zum Kriegsdienst ein jähes Ende bereitet. Als Soldat erlitt Kieling schwere Verwundungen und kam ab 1945 für mehrere Jahre in russische Kriegsgefangenschaft; während dieser Zeit organisierte er in wechselnden Lagern ein Häftlingstheater – auch als ein Weg, um die überaus entbehrungsreiche Zeit zu überleben.  

1949 wurde Kieling entlassen und ging nach West-Berlin. Er arbeitete als Theaterschauspieler in ganz Deutschland sowie als Nachrichten- und Synchronsprecher – so lieh er unter anderem Kirk Douglas bei "The Big Trees" ("Für eine Handvoll Geld", US 1952) und Sidney Poitier bei "Red Ball Express" ("Unternehmen 'Rote Teufel'", US 1952) seine Stimme. 

1950 heiratete Kieling die Schauspielerin Jola Jobst, die sich zwei Jahre später das Leben nahm. Wenig später heiratete er die Schauspielerin Gisela Uhlen, mit der er 1954 in die DDR zog. Hintergrund war ein Sorgerechtstreit um Uhlens Tochter Barbara Bertram (aus der Ehe mit dem Regisseur Hans Bertram). In der Filmbranche und der Presse ging man indes von einem politischen Beweggrund aus, was die beiden einige Sympathien kostete. Bei der DEFA erhielt Kieling Rollen in Konrad Wolfs Nachkriegsgeschichte "Genesung" (DDR 1956), Carl Balhaus' Résistance-Drama "Damals in Paris" (DDR 1956) und Kurt Jung-Alsens "Betrogen bis zum jüngsten Tag" (DDR 1957), einem Kriegsfilm nach einer Erzählung von Franz Fühmann. Als Sprecher war er an mehreren Kurz-Dokumentarfilmen beteiligt. 1957 kehrten Kieling und Uhlen nach West-Berlin zurück; die Ehe wurde geschieden. Die gemeinsame Tochter Susanne Uhlen (*1955) wurde später ebenfalls Schauspielerin. Aus Kielings folgender Beziehung zu der Schauspielerin Ingrid Rentsch stammt der Sohn Florian Martens (*1958), der ebenfalls als Schauspieler Karriere machte. Von 1969 bis 1975 war Kieling mit der Schauspielerin Monika Gabriel verheiratet. 

1958 hatte Wolfgang Kieling ein Engagement am Staatsschauspiel Stuttgart, gefolgt vom Residenztheater in München und weiteren Theatern in ganz Deutschland. Zu seinen berühmtesten Bühnenrollen bis Ende der 1960er Jahre gehören die Titelrollen in Shakespeare "Richard III.", Brechts "Der aufhaltsame Aufstieg des Arturo Ui" und Max Frischs "Don Juan oder Die Liebe zur Geometrie" sowie der Reichsvogt Gessler in Schillers "Wilhelm Tell". 

Auch als Kinoschauspieler sah man Kieling bis Ende der 1960er Jahre in einer Vielzahl prominenter Produktionen, meist in tragenden Rollen. So etwa als aufstrebenden Arzt in Falk Harnacks NS-Kriegsverbrecherdrama "Arzt ohne Gewissen" (1959), als Kriminalkommissar in Helmuth Ashleys Krimi "Mörderspiel" (DE/FR 1961) und als betrogener, verzweifelter Ehemann in Kurt Hoffmanns Gesellschaftsstudie "Das Haus in der Karpfengasse" (1965).  

Für seine Rolle als Wachtmeister in Jürgen Rolands "Polizeirevier Davidswache" (1965) erhielt Kieling den Bundesfilmpreis. Leichtere Kost waren im gleichen Jahr der Abenteuerfilm "Scharfe Schüsse auf Jamaika" (DE/IT/ES) sowie die Western "Duell vor Sonnenuntergang" (DE/IT/YU) und "Die Banditen vom Rio Grande", in dem Kieling mit viel Verve einen brutalen mexikanischen Banditen gab. 

Zu größerer internationaler Bekanntheit kam er durch seinen Part in Alfred Hitchcocks Ost-West-Thriller "Torn Curtain" ("Der zerrissene Vorhang", US 1966), als Stasi-Agent, der einen grausamen Tod stirbt. Eine Hollywoodkarriere stellte sich dadurch zwar nicht, doch in europäischen Koproduktionen war er als Nebendarsteller weiterhin gefragt, etwa als Missionar "Die Rache des Dr. Fu Man Chu" (GB/DE 1967). 

Auch im Fernsehen war Kieling ab den 60er-Jahren sehr aktiv, häufig in Krimis und in Adaptionen berühmter Bühnenstücke. 1966 erhielt er für seine Darstellung des Garcin in Sartres "Geschlossene Gesellschaft" die Goldene Kamera – die er im Jahr darauf aus Protest gegen die Politik des dahinterstehenden Springer-Verlags zurückgab. 1968 ließ er aus Protest gegen den Vietnamkrieg seine Bundesfilmpreis-Trophäe im Republikanischen Club in West-Berlin zugunsten des Vietcongs versteigern. Noch im gleichen Jahr siedelte er wegen der Vietnampolitik der Amerikaner und als Kritik an den den gesellschaftlichen Verhältnissen in der Bundesrepublik erneut in die DDR über. Dort lebte er bis 1971.

Von der DDR-Führung wurde ihm ein Sonderstatus gewährt, sodass er weiterhin auch im Westen arbeiten konnte (wenngleich dies nur selten vorkam). Große DEFA-Erfolge hatte er während dieser Jahre mit der Ehegeschichte "Das siebente Jahr" (DDR 1969), als Kommissar in der dreiteiligen TV-Verfilmung von Falladas "Jeder stirbt für sich allein" (DDR 1970) und als Staatsmann Manuel de Godoy in dem Kinofilm "Goya" (DDR/UdSSR 1971, Regie: Konrad Wolf) nach dem Roman von Lion Feuchtwanger. 

Zurück im Westen, avancierte der "Grenzgänger" Kieling nach anfänglichen Boykottversuchen zu einem der profiliertesten Darsteller des bundesdeutschen Fernsehens. Auf der Kinoleinwand hingegen sah man ihn fast gar nicht mehr. Höhepunkte seines Fernsehschaffens waren die Rolle als alternder Transvestit in dem Sozialdrama "Im Reservat" (1973, Regie: Peter Beauvais), für die er den Grimme-Preis und den Fernsehfilmpreis der Deutschen Akademie der Darstellenden Künste erhielt, die Hauptrolle in der Serie "Der Anwalt" (1977-78) und die Titelrolle (mit Michael Degen) in der Feuchtwanger-Verfilmung "Die Geschwister Oppermann" (1983). Er wirkte zudem in zahllosen Fernsehspielen mit und übernahm Gastrollen in Serien wie "Das Traumschiff" und "Die Schwarzwaldklinik". 

Daneben blieb Kieling bis Mitte der 1980er-Jahre als Hörspiel- und Synchronsprecher aktiv – so gab er wiederholt Stars wie Frank Sinatra, Glenn Ford, Paul Newman, Kirk Douglas, Philippe Noiret und Michel Piccoli eine deutsche Stimme (um nur ein paar Beispiele zu nennen). In der Kindersendung "Sesamstraße" war er von 1973 bis 1985 die deutsche Stimme der Puppe Bert.  

Vereinzelt sah man ihn auch in Kinorollen, etwa als nichtsnutzigen Freund der Hauptfigur in Alf Brustellins Walser-Verfilmung "Der Sturz" (1979). Für seine tragenden Rollen als Reporter in dem Politthriller "Morgen in Alabama" (1984, Regie: Norbert Kückelmann) und als biederer Buchhalter in dem klaustrophobischen Thriller "Abwärts" (1984, Regie: Carl Schenkel) wurde er 1984 und 1985 für den Deutschen Filmpreis nominiert. Seinen letzten Kinoauftritt hatte er 1985 als krimineller Notar in der Dieter-Hallervorden-Komödie "Didi und die Rache der Enterbten".  

Am 7. Oktober 1985 starb Wolfgang Kieling in Hamburg nach einer Magenoperation, der er sich wegen eines Krebsleidens unterzogen hatte.