Ο Κώστας Βαγενάς γεννήθηκε στην Αθήνα το 1950. Σπούδασε Χημικός Μηχανικός στο ΕΜΠ (1968-1973) και έλαβε το Διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Rochester στις ΗΠΑ, το 1976. Ακολούθως εδίδαξε ως Επίκουρος Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Yale (1976-77) και ως Επίκουρος και Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασσαχουσέττης (ΜΙΤ,1977-82). Από το 1982 είναι Καθηγητής Χημικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Έχει από τότε επίσης διδάξει ως επισκέπτης καθηγητής στα Πανεπιστήμια Yale, EPFL (Λωζάννη) και Lyon.

H έρευνά του, εστιάζεται στις περιοχές της Κατάλυσης, της Ηλεκτροχημείας και της μοντελοποίησης φυσικοχημικών φαινομένων.

Έχει συγγράψει με τους συνεργάτες του περί τις 250 εργασίες σε έγκριτα διεθνή περιοδικά, εκ των οποίων τέσσερις στα περιοδικά Science και Nature. Έχει τιμηθεί με αρκετά διεθνή βραβεία, όπως το Outstanding Achievement Award της διεθνούς Ηλεκτροχημικής εταιρείας (ECS) για την ανακάλυψη του φαινομένου της Μη-Φαρανταϊκής Ηλεκτροχημικής Τροποποίησης της Κατάλυσης, το βραβείο Χημείας της Ακαδημίας Αθηνών, το μετάλλιο Wason για την έρευνά του στην περιοχή της Χημείας του σκυροδέματος, μαζί με τον καθηγητή Μιχ. Φαρδή, καθώς και το βραβείο Dreyfus Teacher-Scholar Award.

Από το 2005 είναι εταίρος (Fellow) της διεθνούς εταιρείας Ηλεκτροχημείας (ISE), η οποία, μέχρι τότε, είχε απονείμει αυτόν τον τίτλο σε δεκατέσσερις συνολικά επιστήμονες. Είναι επιστημονικός εκδότης (Editor) της γνωστής σειράς βιβλίων Ηλεκτροχημείας “Modern Aspects of Electrochemistry” και έχει συγγράψει δύο βιβλία των οίκων Springer και Marcel Dekker. Έχει επιβλέψει 35 διδακτορικές διατριβές και 12 από τους διδάκτορες αυτούς έγιναν καθηγητές σε ελληνικά και ξένα (ΗΠΑ, Κίνα) Πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα.

Έχει διατελέσει Πρόεδρος του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών (1995-96) και Αντιπρύτανης του Πανεπιστημίου Πατρών (1997-2003).

Το 2010 εξελέγη Τακτικό Μέλος της Ακαδημίας Αθηνών (το δεύτερο νεώτερο μέλος) στην έδρα των Χημικών Επιστημών.