Wolfgang Kohlhaase wurde am 13. März 1931 in Berlin geboren. Nach seinem Schulabschluss begann er als Journalist bei verschiedenen ostdeutschen Zeitungen bevor als Dramaturgie-Assistent bei der DEFA arbeitete. Ab 1952 war er als freischaffender Schriftsteller und Drehbuchautor tätig.

Sein Durchbruch gelang ihm Mitte der 1950er Jahre mit einer Reihe von neo-realistischen Filmen, die unter der Regie von Gerhard Klein entstanden. Die Filme drehten sich um Jugendliche im geteilten Berlin und wurden unter der Bezeichnung "Berlin-Filme" bekannt. In Folge drehten Kohlhaase und Klein gemeinsam das historische Drama "Der Fall Gleiwitz" (1960/1961) und "Berlin um die Ecke" (1965). Letzterer wurde im Zuge der Beschlüsse des 11. Plenums des ZK der SED mitten in der Produktion abgebrochen und konnte erst 1987 fertiggestellt werden.

1967 markierte das anti-faschistische Kriegsdrama "Ich war neunzehn" den Beginn einer langjährigen kreativen Partnerschaft von Kohlhaase mit dem Regiseur Konrad Wolf. Bis zum Tod von Wolf im Jahr 1982 realisierten sie thematisch so unterschiedliche Filme wie "Der nackte Mann auf dem Sportplatz" und "Solo Sunny".

Ab den 1960er Jahren begann Kohlhaase auch, sich einen Namen als Autor von Hörspielen zu machen. 1982 adaptierte er Hermann Kants autobiografischen Roman "Der Aufenthalt" fürs Kino. Regie führte Frank Beyer, der auch als Regisseur von "Der Bruch" (1988) – ebenfalls nach einem Drehbuch von Kohlhaase – verantwortlich zeichnete. Die Hauptrollen des Films wurden mit den bekannten westdeutschen Schauspielern Götz George und Otto Sander besetzt. Nach dem Fall der Berliner Mauer führten Beyer und Kohlhaase ihre erfolgreiche Zusammenarbeit fort.

In den 1990er Jahren schrieb Kohlhaase in erster Linie Drehbücher für Fernsehfilme, so z.B. für die Neuverfilmung des Theaterstücks "Der Hauptmann von Köpenick" mit Harald Juhnke in der Titelrolle. Mit Beginn des neuen Jahrzehnts wendete er sich wieder vermehrt dem Kino zu - beginnend mit dem Drehbuch zu Volker Schlöndorffs hochgelobtem Film "Die Stille nach dem Schuss", der die Geschichte einer RAF-Terroristin, die bis zur Wende in der DDR untertaucht, nachzeichnet.

2004 folgte das Drehbuch zu dem vielfach ausgezeichneten Arthouse-Erfolg "Sommer vorm Balkon" von Andreas Dresen. 2007 kooperierten Kohlhaase und Dresen erneut erfolgreich – bei der Komödie "Whisky mit Wodka", in der Henry Hübchen als alternder, den Frauen und dem Alkohol nicht abgeneigter Schauspieler darum kämpfen muss, nicht aufs Abstellgleis geschoben zu werden.

Neben seiner Tätigkeit als Drehbuchautor gibt Wolfgang Kohlhaase Kurse zum Drehbuchschreiben an verschiedenen Hochschulen. 1972 wurde er Mitglied der Akademie der Künste der DDR. 1991 wurde er in die Akademie der Künste Berlin-Brandenburg aufgenommen. Auf der Berlinale 2010 erhielt Kohlhaase den Goldenen Ehrenbären, im Jahr darauf wurde er vom Verband deutscher Drehbuchautoren VDD zum Ehrenmitglied ernannt. Ebenfalls 2011 wurde er beim Deutschen Filmpreis mit dem Ehrenpreis für hervorragende Verdienste um den deutschen Film ausgezeichnet.