Nach dem Besuch einer Privatschule arbeitete Wheatstone in das Handwerk seines Vaters den ein. Diese Tätigkeit übte er ab 1823 London aus. 1834 wurde er Professor für Experimentalphysik am Kings College und 1836 Mitglied Royal Society . Nach Auszeichnungen in verschiedenen Ländern folgte seine Erhebung in den Adelsstand.
Wheatstone begann früh mit physikalisch-akustischen Experimenten denen er die Schallübertragung stehende Wellen und Musikinstrumente untersuchte. 1828 erfand er akkordeonähnliche Konzertina und entwarf 1833 in einer der Society vorgelegten Abhandlung das Prinzip der Überlagerung kleiner Bewegungen für die Chladnischen Klangfiguren. Er wandte sich dann der Optik und Elektrotechnik zu und erkannte 1833 die Bedeutung von Samuel Hunter Christie erfundenen Brückenschaltung für exakte Messung elektrischer Widerstände die später als Wheatstonesche Messbrücke bekannt wurde.
1840 erfand er einen stufenlos regelbaren (Rheostat) und 1833 das Spiegelstereoskop mit dem er die Spektrallinien von Funkenentladungen bestimmte. 1834 ermittelte Wheatstone die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des elektrischen Stroms in metallischen Leitern . Im folgenden entwickelte er zusammen mit Elektrotechniker William Cooke zwei Telegrafiegeräte - den Nadeltelegrafen und den Zeigertelegrafen. fand verbreitete Anwendung und wurde später von Samuel Morse verdrängt. Die Sende- und Empfangsvorrichtung des bestand aus der Bewegung eines Zeigers zu Buchstaben und Ziffern die eine jeweils unterschiedliche von Stromstößen hervorrief.