Ziegler stammte aus einer Pfarrerfamilie, studierte in Marburg, promovierte 1920 bei Karl von Auwers. 1923 Habilitation in Marburg, 1925 -1926 Frankfurt, 1927 a.o. Prof. in Heidelberg, 1936 -1945 o. Prof. in Halle, 1943 -1969 Direktor des Kaiser-Wilhelm-/Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim a. d. Ruhr. Ab 1947 Honorar-Professor der RWTH-Aachen. Erster Vorsitzender der wiedergegründeten Gesellschaft Deutscher Chemiker 1949 -1951.

Die wissenschaftlichen Arbeiten begannen mit grundlegenden Untersuchungen "Zur Kenntnis des "dreiwertigen" Kohlenstoffs". Dem folgten Studien über "Alkali-organische Verbindungen". Das Ruggli-Zieglersche Verdünnungsprinzip eröffnete neuartige Synthesen für "Vielgliedrige Ringsysteme". Die Entwicklung der sogenannten "Ziegler-Chemie" nahm 1950 ihren Anfang in Mülheim, als die Addition von Metallhydriden an Ethen entdeckt wurde. Curiosa der organischen Chemie, die Aluminiumtrialkyle, eröffneten ganz unvorhergesehen den Zugang zu technisch hochinteressanten Stoffen. 1953 wurden die später von Giulio Natta so genannten "Ziegler-Katalysatoren" entdeckt, die eine Revolutionierung der Methoden der Polymerchemie auslösten. Lineares Polyethylen, isotaktisches Polypropylen, allgemein Poly-α-olefine ließen sich erstmals mit diesen Katalysatoren herstellen. Reine Grundlagenforschung lieferte Ergebnisse, die anschließend weltweit zu großtechnischen Produktionen führten.

1963 Nobelpreis für Chemie zusammen mit Giulio Natta.