Willi Domgraf-Fassbaender étudie d'abord à Berlin avec Jacques Stückgold et Paul Bruns, puis à Milan avec Giuseppe Borgati. Il débute dans sa ville natale en 1922, en Comte Almaviva dans Le nozze di Figaro.
Parallèlement à sa carrière sur scène, il tourne de nombreux films musicaux, notamment L'invitation à la valse. Il épouse l'actrice Sabine Peters (1913-1982).
Il devient régisseur de l'Opéra de Nuremberg en 1946, et est nommé professeur au Conservatoire de la même ville en 1954, où il formera entre autres, sa fille, la mezzo-sopranoBrigitte Fassbaender.