1966 begann Winterkorn ein Studium der Metallkunde und Metallphysik an der Universität Stuttgart. 1973 bis 1977 war er Doktorand am Max-Planck-Institut für Metallforschung.

Nach Tätigkeiten im Forschungsbereich bei der Robert Bosch GmbH wechselte er 1981 als Assistent des Vorstands für Qualitätssicherung zu Audi. Anfang 1988 wurde er Bereichsleiter der „Zentralen Qualitätssicherung“ und zwei Jahre danach zum Leiter der Audi-Qualitätssicherung. 1993 wechselte er als Leiter der „Konzern-Qualitätssicherung“ zu Volkswagen. Im März 1994 wurde er zum Generalbevollmächtigten der Volkswagen AG, im Juni 1995 zusätzlich zum Verantwortlichen für das Produktmanagement des Volkswagen-Konzerns. Im Januar 1996 wurde Winterkorn Markenvorstand für die „Technische Entwicklung“ bei der Marke Volkswagen. Ab Juli 2000 war er Mitglied des VW-Konzernvorstands für den Geschäftsbereich „Forschung und Entwicklung“. Am 1. März 2002 wurde Winterkorn Vorsitzender des Vorstands der Audi AG. Er leitete die zum 1. Januar 2002 neu gebildete Markengruppe Audi, zu der neben Audi die Marken Seat und Lamborghini gehörten. Außerdem leitete er seit dem 1. Januar 2003 den Geschäftsbereich „Technische Entwicklung“ von Audi. In seiner Eigenschaft als Vorstandsvorsitzender der Audi AG saß Winterkorn seitdem im Vorstand der Volkswagen AG. Nach