Après sa carrière de joueur, David Wagner se tourne vers le secteur du football en tant qu'entraîneur. Il entame sa carrière en tant que manager des équipes jeunes de l'Energie Cottbus en 2010, puis rejoint le club de deuxième division allemande, le Rot-Weiss Erfurt, où il évolue jusqu'en 2013.
En juin 2015, David Wagner est engagé comme manager à l'Energy Cottbus II, la réserve du club qui évolue en quatrième division allemande. Quelques semaines plus tard, il est nommé entraîneur de l'équipe première, alors en troisième division, et mène le club à la montée en Bundesliga II en 2016.
Le 5 novembre 2015, David Wagner est nommé sélectionneur de l'équipe nationale du Kenya, mais il renonce finalement à ce poste en avril 2016 pour se concentrer sur son travail avec l'Energy Cottbus. Le 9 décembre 2015, il devient le manager de Huddersfield Town, alors en quatrième division anglaise, et conduit le club en Championship deux mois plus tard.
En mai 2017, David Wagner mène Huddersfield Town à la montée en Premier League, après un match décisif contre Reading. Il est donc le premier Allemand à entraîner une équipe anglaise en Premier League. Lors de la saison 2017-2018, il parvient à maintenir son équipe dans l'élite, malgré un budget modeste et des chances minimes de survie.
En juin 2018, David Wagner prolonge son contrat avec Huddersfield Town jusqu'en 2021. Cependant, à la fin de la saison suivante, le club est relégué en Championship après avoir terminé dernier du championnat. David Wagner quitte son poste en mars 2019.
En août 2019, il rejoint Schalke 04 pour prendre en main l'équipe de Bundesliga I. Après une saison difficile, qui voit le club terminer à la 15ème place du championnat, il est démis de ses fonctions le 30 juin 2020.
David Wagner a ainsi marqué l'histoire du football en Allemagne et en Angleterre, avec sa carrière d'entraîneur exceptionnelle qui lui a permis de mener des équipes peu connues vers la montée en première division nationale.