Nach ihrem Studium an der Bayerischen Theaterakademie war sie von 2001 bis 2011 Ensemblemitglied am Bayerischen Staatsschauspiel. 2006 startete mit dem Erfolg des Kinofilms „Shoppen“ ihre Filmkarriere. Sie erhielt u.a. den Grimme-Preis, den Bayerischen Fernsehpreis und einen Sonderpreis beim Deutschen Fernsehkrimifestival 2011.

2017 erhielt sie die Goldene Kamera als Beste Deutsche Schauspielerin für ihre Rolle der „Beate Zschäpe“ in „Letzte Ausfahrt Gera“. Seit 2013 ist Wagner als Kommissarin Heller die Titelheldin einer eigenen Samstagabend-Krimireihe im ZDF, seit 2014 gehört sie zum Team des Münchner Tatorts.