Woltemade lahir di Bremen, Jerman, pada 14 Februari 2002 dan bergabung dengan tim muda Werder Bremen pada 2010 setelah sempat bermain di TS Woltmershausen.

Penyerang Jerman ini tampil mengesankan bagi tim akademi klub kota kelahirannya, dengan mencetak 18 gol dan enam assist dalam 24 pertandingan untuk tim U-17 Bremen di Bundesliga U-17, serta mencetak tujuh gol dalam delapan pertandingan untuk tim U-19 klub tersebut.

Woltemade menjalani debut profesionalnya untuk Bremen sebelum ulang tahunnya yang ke-18 pada Februari 2020, menjadikannya pemain termuda Bremen yang pernah bermain di Bundesliga.

Woltemade menikmati musim yang gemilang di level senior setelah bergabung dengan klub divisi tiga Jerman SV Elversberg dengan status pinjaman satu tahun pada musim panas 2022.

Woltemade kembali ke Bremen menjelang musim 2023-2024, mencetak gol pertamanya di Bundesliga dan menjadi starter dalam 12 pertandingan liga musim itu.

Setelah 14 tahun bersama klub, penyerang setinggi 190 cm ini pindah ke VfB Stuttgart, menandatangani kontrak empat tahun.

Woltemade mencetak 17 gol pada musim 2024-2025, termasuk 12 gol di Bundesliga, dan memenangkan penghargaan Pendatang Baru Terbaik Musim Ini.

Woltemade telah mencatatkan 18 penampilan untuk Jerman di level U-21 sejak debutnya pada September 2023, dengan total 13 gol.

Woltemade tampil gemilang dalam Kejuaraan Eropa U-21 musim panas lalu, mencetak enam gol dalam lima pertandingan yang membuatnya menerima penghargaan pencetak gol terbanyak turnamen.

Woltemade melakukan debut untuk timnas Jerman di semifinal Nations League melawan Portugal.