Winsemius studeerde Natuurkunde aan de Universiteit Leiden en promoveerde hier in 1973 op een studie over de elektronenstructuur van metalen. Als natuurkundige afkomstig uit het bedrijfsleven dwong Winsemius als jonge VROM-minister (1982-1986) in het eerste kabinet-Lubbers respect af door belangrijke milieuwetgeving tot stand te brengen, waaronder een regeling voor de milieu-effectrapportage en een wettelijke basis voor de planologische kernbeslissing. Na zijn ministerschap keerde hij terug bij McKinsey & Company en werd bovendien voorzitter van Natuurmonumenten. Sinds 1999 is hij bijzonder hoogleraar Management Duurzame Ontwikkeling aan de Universiteit van Tilburg. Hij was vervolgens lid van de Wetenschappelijke Raad voor het Regeringsbeleid (WRR), maar legde deze taak een paar maanden neer om als 'invaller' opnieuw VROM-minister in het derde kabinet-Balkenende te zijn. In 2007 werd hij weer benoemd tot WRR-raadslid, bij het afronden van zijn ministerschap. Bij de WRR was hij eerst verantwoordelijk voor de onderzoeken “Vertrouwen in de buurt” (2005), “Vertrouwen in de school” (2009) en recent "Vertrouwen in burgers" waarin wordt onderzocht hoe burgerbetrokkenheid gestimuleerd kan worden.