13岁中秀才，15岁入苏州府中学堂，旋转入
上海广方言馆，后毕业于江苏高等学堂。民国元年(1912年)至天津入北洋高等学校工矿科。民国5年赴美国，就读
哥伦比亚大学学士教育院，受教于
杜威，获硕士学位，后被
哈佛大学聘为研究员。民国9年回国，历任国立北京师范大学教务长兼代理校长、国立北京女子师范大学哲学系主任兼教授、
国立东南大学教育系主任兼教授、江苏省督学等职，其中1923年9月东南大学教授月薪为220元。先后加入
中国科学社、
中华教育改进社、
教育学会、儿童教育会、乡村教育社、职业教育社等学术团体。民国16年7月，辞去大学教授及督学等职，返家乡创办
苏州中学，首任校长；其间曾电邀施廷镛接管沧浪亭图书馆，因待遇问题施未就职。在其主持校政的三年半中，聘请
陈去病、
吴梅、
汪东等国内知名学者来校任教（其中陈去病、吴梅、汪东等为
南社社员），力求将苏州中学办成学术化的学校。汪懋祖主张教育应源于生活而改造生活，并对教材、德育、学生身心发展规律等方面加以研究，作出显著成绩，学校声望日隆。民国19年被全国教育学会聘为专家会员。抗日战争期间，任
昆明西南联大等高等院校教授。抗日胜利后，返回苏州，任国立社会教育学院教授，民国38年1月10日病逝于苏州。著有《美国教育彻览》《教育学》等。
汪懋祖指出，自
欧战激荡世界，国人思潮为之一新，杜威博士来华予人以新教育之概念与其涂辙，孟禄博士又指示实际的方针，益坚其教育救国淑世之信心，遂有全国教育改进之运动。汪懋祖协助
实际教育调查社筹备，担任协助。
汪懋祖认为
大学与高等专门学校并立存在易养成阶级观念、学科设置重复造成资源浪费、高等师范未被纳入大学体系存在制度矛盾、专门学校升格受制度限制等弊端。他主张废止专门学校层级，建议所有专门学校应升格为单科大学，高等师范应改称
师范大学，实现高等教育体系统一。
汪懋祖于1934年发表《禁习文言与强令读经》《中小学文言文运动》《关于小学国语教材疑问之进一步的探讨》等系列论文，主张小学高年级应学习浅近文言文，初中读《孟子》，高中修习《论语》《学》《庸》及《左传》《史记》《诗经》等经典选本，形成渐进式教学体系。
教育哲学郭秉文、
陶行知等学者共同系统宣传杜威实用主义教育理论。该杂志每期发行量超万份。
汪懋祖提出《呈请教育部恢复国立高等师范学校区改建师范大学以发展师范教育案》，主张废止高等专门学校层级，建议将其升格为单科大学并将高等师范改称师范大学，解决学科重复设置与资源浪费问题。
1931年5月，汪懋祖参与联络
南京、
上海、
河南等地352位教育同仁发表宣言，倡议将每年6月6日定为教师节，并被推选为全国教师联合会筹备委员。