Der Sohn des Gynäkologen Johannes Pfannenstiel legte 1908 am Landgraf-Ludwigs-Gymnasium in Gießen das Abitur ab und studierte anschließend Medizin in Oxford, Heidelberg und München. Dort wurde er 1914 promoviert. Am Ersten Weltkrieg nahm er als Fliegeroffizier teil. Er war als Assistenzarzt in Frankfurt am Main, Heidelberg und Münster tätig. An der Universität Münster habilitierte er sich 1927 im Bereich Hygiene und Bakteriologie. Bis 1931 war er in Münster als Privatdozent tätig, bevor er eine Professur für Hygiene und die Leitung des Hygiene-Instituts an der Universität Marburg übertragen bekam. Im selben Jahr wurde er stellvertretender Generalsekretär der Balneologischen Gesellschaft. Weiterhin war er Mitglied des Wissenschaftlichen Ausschusses des Reichsfremdenverkehrsverbandes. Bereits 1931 hielt er in Marburg eine Vorlesung zur Rassen- und Fortpflanzungshygiene. Er war seit 1909 Mitglied des Corps Guestphalia Heidelberg[1] und hatte fünf Kinder, darunter den Sohn Peter Pfannenstiel, einen späteren Experten für Schilddrüsenerkrankungen.
Pfannenstiel wurde 1933 Mitglied der NSDAP. Am 11. November 1933 unterzeichnete er das Bekenntnis der Professoren an den deutschen Universitäten und Hochschulen zu Adolf Hitler und dem nationalsozialistischen Staat. Er gründete 1933 in Marburg eine Ortsgruppe der „Deutschen Gesellschaft für Rassenhygiene“. Im Jahre 1934 trat er der SS bei (SS-Nr. 273.083). Seit 1941 bekleidete er den Rang eines SS-Obersturmbannführers. Zum SS-Standartenführer wurde er 1944 befördert. Pfannenstiel gehörte dem NS-Dozentenbund, NS-Lehrerbund, NS-Ärztebund und dem NS-Kulturbund an. Er war Mitarbeiter im Rassenpolitischen Amt und stellvertretender Schulungsleiter beim Rasse- und Siedlungshauptamt der SS. Im Jahre 1937 wurde er zusätzlich Lehrbeauftragter für Luftfahrtmedizin sowie SS-Arzt des Oberabschnitts Fulda-Werra. Seit 1939 war er beratender Hygieniker beim SS-Sanitätsamt. Im Jahr 1940 wurde er in Marburg beurlaubt und als Sanitätsinspekteur in Berlin eingesetzt, wobei sein Aufgabengebiet auch die Inspektion von Konzentrationslagern im Generalgouvernement umfasste. In den Jahren 1942 und 1943 besuchte er das Vernichtungslager Belzec, wo er im August 1942 persönlich bei der Vergasung von Juden anwesend war.
Nach Kriegsende wurde Pfannenstiel durch die US-Amerikaner bis 1950 interniert. Zwischen 1954 und 1959 war er Abteilungsleiter in der chemisch-pharmazeutischen Fabrik des in Salzgitter-Ringelheim ansässigen Pharmaunternehmens Schaper & Brümmer.[2] Er war Mitglied der Deutschen medizinischen Arbeitsgemeinschaft für Herdforschung und Herdbekämpfung.