Nach seiner Heirat übersiedelte er zunächst nach Konstanz, 1902 nach Zürich, wo er bis 1921 als Porträtmaler etwa 200 Porträts von Zürcher Persönlichkeiten anfertigte. Ab 1905 schuf er auch Holzschnitte. Die Werke Ferdinand Hodlers, die er in Zürich kennenlernte, übten in der Folge starken Einfluss auf ihn aus. Ab 1902 unterrichtete er an Luise Stadlers „Kunst- und Kunstgewerbeschule für Damen“,[1] von 1914 bis 1921 an der Kunstgewerbeschule Zürich.[2] Von 1902 bis 1921 war Würtenberger Vorstandsmitglied der Zürcher Kunstgesellschaft (Ausstellungs- und Sammlungskommission) und beriet die Kunstsammler Gustav Henneberg und Richard Kisling, wobei er Werke aus dem künstlerischen Umfeld von Hodler, Félix Vallotton und Thoma protegierte.
1921 verließ Würtenberger samt seiner Familie Zürich, da er in der Nachfolge von Gustav Wolf als Professor für Holzschnitt, Illustration und Komposition an die Badische Landeskunstschule (heute: Staatliche Akademie der Bildenden Künste Karlsruhe) berufen wurde, wo er bis zu seinem Tod im Jahr 1934 wirkte. Er setzte sich an der Akademie als Leiter der Lithografieklasse ein für die Berufung von Georg Scholz (1923 Assistent Würtenbergers in der Lithografieklasse; 1924 Leitung einer Vorbereitungsklasse) und Karl Hubbuch (1924 bis 1925 Assistent Würtenbergers, wahrscheinlich auf Empfehlung von Scholz; 1925 Leiter einer Zeichenklasse).
Die Ernst-Würtenberger-Straße in Karlsruhe wurde 1964 nach ihm benannt, ebenso eine Straße in seinem Geburtsort Steißlingen, wo am 26. Oktober 1958 zudem an Würtenbergers Geburtshaus eine Gedenktafel enthüllt wurde.[3]
2010: „Künstlerbrüder Würtenberger. Karl Maximilian (1872–1933) und Ernst (1868–1934)“, Stadtmuseum Stockach
2013/2014: „Die andere Moderne – Kunst und Künstler in den Ländern am Rhein 1900 bis 1922“, Städtische Wessenberg-Galerie Konstanz u. a.
2017/2018: „Ernst Würtenberger. 1868–1934. Ein deutscher Maler in der Schweiz.“ Städtische Wessenberg-Galerie Konstanz, 2. Dez. 2017 – 1. April 2018 (Kat.).
Franzsepp Würtenberger (Bearb.): Das graphische Werk von Ernst Würtenberger (= Schriften der Staatlichen Kunsthalle Karlsruhe; 1). Karlsruhe 1938.
Elisabeth Stähelin: Zürcherische Bildnismalerei im 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Dissertation. Universität Zürich. Affoltern am Albis 1947.
Franzsepp Würtenberger: Ernst Würtenberger 1868–1934. In: Hegau. 7, 1959, S. 86–92
Franzsepp Würtenberger: Ein Gang durch das Hofgut Braunenberg mit den Augen des Malers Ernst Würtenberger. In: Hegau. 36/37, 1979/80, S. 101–140.
Silvia Volkart, Lukas Gloor: Ernst Würtenberger. Zürichs profilierter Porträtist. In: Turicum, 4/1985, S. 12–17
Silvia Volkart: Ernst Würtenberger – ein deutscher Maler als Kunstvermittler in Zürich. In: Die Kunst zu sammeln: Schweizer Kunstsammlungen seit 1848. Schweizerisches Institut für Kunstwissenschaft, Zürich 1998, S. 73–80.
Simone Sander: Das Portrait im frühen Werk Ernst Würtenbergers. Magisterarbeit. Kunstgeschichtliches Institut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2001.
Axel Heil, Harald K.lingelhöller (Redaktion): 150 Jahre. Die Geschichte der Kunstakademie Karlsruhe in Bildern und Texten. Swiridoff, 2004, ISBN 3-89929-045-3
Yvonne Istas, Simone Sander, Künstlerbrüder Würtenberger: Karl Maximilian (1872–1933) und Ernst (1868–1934). Katalog zur gleichnamigen Ausstellung, Stockach, Stadtmuseum im Alten Forstamt 20.6.-21.8.2010. Stockacher Museumskataloge, Bd. 6. Stockach 2010.
Yvonne Istas: Künstlerbrüder Karl Maximilian und Ernst Würtenberger. In: Badische Heimat, Jg. 90 (2010), Heft 2, S. 535–539 (Digitalisat).
Barbara Stark (Hrsg.): Ernst Würtenberger. 1868–1934. Ein deutscher Maler in der Schweiz. Ausstellungskatalog, Konstanz (Städt. Wessenberg-Galerie). Nimbus-Verlag, 2017, ISBN 978-3-03850-040-7.
↑H. B.: Enthüllung der Ernst-Würtenberger-Gedenktafel in Steißlingen. In: Verein für Geschichte des Hegau e. V. (Hrsg.): Hegau – Zeitschrift für Geschichte, Volkskunde und Naturgeschichte des Gebietes zwischen Rhein, Donau und Bodensee. Band6. Selbstverlag, Singen (Hohentwiel) 1958, Heimat-Nachrichten, S.242.