Estudià composició i direcció al Conservatori de Praga i més tard feu història de la música, literatura i filosofia a Praga mateix i a Viena, ciutat aquesta darrera on fou alumne de G. Adler, R. Lach i E. Wellesz. El 1929 conegué l’eminent psicòleg Karl Bühler i llavors decidí iniciar els estudis de psicologia, disciplina que cursà a la universitat de la capital austríaca. Del 1946 al 1972 dirigí l’Institut de Psicologia a la Universitat de Magúncia. Wellek rebé una gran influència de Fèlix Krueger, representant destacat a Leipzig del corrent ganzheit und gestalt (la totalitat i la forma). Guanyà la seva reputació amb una teoria de l’oïda que distingeix entre l’oïda polar, que respon a la qualitat del to, i l’oïda lineal, que respon a la brillantor del to. Estudià també la psicologia de la percepció i diversos aspectes de l’estètica i la sociologia de la música, a més d’escriure nombrosos articles per a l’enciclopèdia musical alemanya Die Musik in Geschichte und Gegenwart ('La música en la història i en el present').