Nacido en Hannover, estudió en las universidad Berlín, Munich y Friburgo, donde se doctoró con una tesis sobre la teoría del arte en Albert Durero (1914). Comenzó su actividad académica en la Universidad de Hamburgo (1921), al tiempo que publicaba algunas de las obras que definirían su proyección teórica en el análisis del arte y de las formas visuales, como Idea: Ein Beitrag zur Begriffsgeschichte del ältren Kunstheorie (1924), una aproximación a una historia de la teoría del arte. Tras el ascenso de los nazis en Alemania en los años treinta, emigra a los Estados Unidos, donde ejerció la docencia en las universidades de Princeton (1935-62), Harvard (1947-48) y Nueva York (1963-68).
Discípulo de Aby Warburg (1866-1929), desarrolló un cuerpo teórico en torno a la formación simbólica del arte y a su percepción visual, como formas de comunicación, descritas bajo la denominación de iconología o ciencia de la interpretación de la expresión artística. Buena parte de su trabajo se ocupó del estudio de expresiones artísticas como el Renacimiento, pero en su amplia obra también alcanza la imagen fotográfica y el cine.
Fue miembro de la Academia Americana de Arts and Sciences y de la British Academy.
Entre sus obras: Perspective as Symbolic Form (1927), Studies in Iconology (1939), The Life and Art of Albrecht Dürer (1943), Meaning in the Visual Arts (1955), Renaissance and Renascences in Western Art (1962), Tomb Sculpture (1964), Problems in Titian, mostly iconographic (1969).
La mayor parte de la obra de Panofsky se edita en lengua española después de su muerte: Arquitectura gótica y pensamiento escolástico, Infinito, Buenos Aires, 1959 (Ediciones de la Piqueta, Madrid, 1986); El significado en las artes visuales, Infinito, Buenos Aires, 1970 (Alianza, Madrid, 1995); Estudios sobre iconología, Alianza, Madrid, 1971; La perspectiva como forma simbólica, Tusquest, Barcelona, 1973; La caja de Pandora. Aspectos cambiantes de un símbolo mítico, con Dora Panofsky, Barral Eds., Barcelona, 1975; Renacimiento y renacimientos en el arte occidental, Alianza, Madrid, 1975; Idea: contribución a la historia de la teoría del arte, Cátedra, Madrid, 1977; Arquitectura gótica y pensamiento escolástico, Ediciones de la Piqueta, Madrid, 1986; Saturno y la melancolía : estudios de historia de la filosofía de la naturaleza, la religión y el arte, con R. Klibansky y F. Saxl, Alianza, Madrid, 1991; Los primitivos flamencos, Cátedra, Madrid, 1998; Sobre el estilo. Tres ensayos inéditos, Paidós, Barcelona, 2000; Tiziano: problemas de iconografía, Akal, Madrid, 2003; Vida y arte de Alberto Durero, Alianza, Madrid, 2005.

En su teoría del arte visual, Panofsky distingue el plano de la forma, el aspecto iconográfico, del contendido, la iconología. El arte contiene el mensaje de la época (los valores, las ideas, la psicología...). Panofsky hace una primera aproximación semiológica al analizar la carga simbólica de las imágenes, su mundo, su significado. Esta lectura visual atraviesa un primer nivel de contacto con el objeto, de identificación física (preiconográfico); un segundo nivel, donde se advierten los valores expresivos de las imágenes (iconográfico), y, por último, un tercer nivel de profundización en la carga simbólica, en el mensaje ideológico, en la expresión de su tiempo histórico, de su contexto social y cultural (iconológico).
Un breve ensayo de Panofsky acerca del cine –“Style and Medium in the Motion Pictures”, aparecido en Bulletin of the Department of Art and Archaeology de la Universidad de Princteon (1934) y recogido en Panofsky, E., Three Essays on Style (1995)- está considerado como un texto clásico en las teorías del séptimo arte, especialmente porque sirvió de base para legitimar una modalidad de comunicación visual tenida como expresión del arte popular. El cine aparece como una obra artística nacida de una técnica que evolucionaba para dar mayor relieve expresivo a la imagen en movimiento. Compara Panofsky la construcción narrativa del cine, que crea una sensación, transmite visualmente y describe experiencias perceptivas, con la construcción de una catedral o de otra obra de arte. Sobre esta afirmación, sin embargo, matiza: “Esta comparación –escribe- puede parecer sacrílega, no sólo porque hay, proporcionalmente, menos películas buenas que catedrales buenas, sino también porque los cines son un negocio.”