Ватрослав Ягич родился в 1838 году в хорватском городе Вараждин. Начальное образование получал в начальной школе Вараждина, а потом в гимназии города Загреб. Дальнейшее образование Ягич продолжил в Венском университете на философском факультете, окончил который в 1860 году.
После завершения образования он преподавал в Загребской гимназии, где начал публикацию своих стаей (первая статья Ягича «Pabirci po cviecu nasega narodoga pjesnictva» — о сербской народной поэзии, была напечатана в приложении к годовому отчёту Загребской гимназии в 1861 году), и в которой получил звание профессора в 1863 году. В 1866 году Ягича избрали членом недавно организованной Юго-славянской Академии наук и искусств. В 1869 году он был избран членом Петербургской Академии наук по отделению русского языка и словесности, а в 1870 году по инициативе И. И. Срезневского Санкт-Петербургским университетом ему была присвоена степень доктора славянской филологии. С 1872 по 1874 год Ягич преподавал в Новороссийском университете сравнительную грамматику индоевропейских языков и санскрита. С 1874 по 1880 год он возглавлял кафедру славянской филологии в Берлинском университете.
После смерти Измаила Срезневского, кандидатура Ягича была выдвинута на замещение должности руководителя кафедры Петебургского университета, которую возглавлял Срезневский. С 1880 по 1886 год Ягич являлся профессором церковнославянского и русского языков в университете, а кроме того преподавал на Высших женских курсах и в Археологическом институте Калачова.
В 1886 году Ягич стал профессором Венского университета, в котором преподавал до 1908 года.
Ягич был разносторонним учёным, он всегда увлекался разнообразными темами. Им было многое сделано для «реабилитации» славянской филологии и славянства вообще в глазах германо-романского западного мира. В 1876 году он основал журнал «Archiv f?r slavische Philologie», ставший первым славянским специальным журналом в области филологии. Учёный занимался исследованием славянских языков, древних литературных памятников, их изданием, опубликовал более семисот славистических работ на разных языках в разных странах. Он имел замыслы создания сравнительного словаря всех славянских языков, славянской энциклопедии.
Имея хорошие отношения с некоторыми украинскими деятелями (в частности, с И. Франко), Ягич в то же время выступал против украинского сепаратизма, так как считал, что склонность славян к раздроблению ведет к их ослаблению. Он скептически относился к попыткам создания украинского языка, отдельного от русского: «Что все русские наречия в отношении к прочим славянским языкам (кому не нравится выражение „наречие“, может заменить его словом „язык“, — в науке это второстепенное дело) составляют одно целое, отличающееся многими замечательныи чертами внутреннего единства, это для языковедов не представляет спорного вопроса.»(Archiv fur Slavische Philologie, 1898. Bd. ХХ. 1. 33) Также Ягич категорически протестовал против оформления украинства как национальной идентичности. В 1915 году он подверг критике записку, поданную украинскими самостийниками австрийскому правительству, в которой те пытались обосновать необходимость использования терминов «Украина», «украинский народ» для подвластных Австрии русинских земель. Ягич писал: «В Галиции, Буковине и Прикарпатской Руси эта терминология („Украина“, „украинец“ и т. д.), а равно все украинское движение является чужим растением, извне занесенным продуктом подражания. <…> Таким образом, о всеобщем употреблении имени украинец в заселенных русинами краях Австрии не может быть и речи; даже господа, подписавшие меморандум, едва ли были бы в состоянии утверждать это, если бы они не хотели быть обвиненными в злостном преувеличении.»