Giocò solitamente nel ruolo di libero o difensore centrale.
A livello di club, dopo essere cresciuto calcisticamente nel FC Vilshofen, approdò nel 1975-76 al Bayern Monaco, dove si svolse la sua intera carriera agonistica, terminata nel 1990-91 dopo 504 incontri e 52 gol in Bundesliga.
Iniziò ad allenare come allenatore in seconda nel 1992-1993, sempre al Bayern Monaco. Tra il 1994-95 e il 1995-1996 diresse anche la squadra riserve.
Nell'estate 1997 passò alla formazione austriaca del Grazer AK. Guidò la squadra per due anni di fila (1998 e 1999) al terzo posto, ottenendo quindi due partecipazioni alla Coppa UEFA.
Durante la pausa invernale 1999-2000 fece ritorno in Germania, per allenare il Norimberga in Zweite Bundesliga e classificandosi quinto. La stagione successiva la squadra vinse il campionato e guadagnò l'accesso alla massima divisione. Nel 2001-2002 conquistò la salvezza. Nel 2002-2003 il Norimberga ebbe invece un'annata molto negativa (chiuse poi al penultimo posto): il 30 aprile 2003 fu esonerato.
Tuttavia già il 13 maggio fu di nuovo su una panchina, stavolta quella del Bayer Leverkusen. Nonostante le poche giornate rimaste, la compagine riuscì a evitare la retrocessione. Augenthaler fu quindi confermato anche per le stagioni successive. Nel 2003-2004 si classificò terzo e raggiunse l'ingresso nella Champions League 2004-2005. Seguì un sesto posto in campionato (2004-2005), con eliminazione da parte dei futuri campioni del Liverpool nella competizione continentale. Nel 2005-2006, dopo una vittoria, un pareggio e due sconfitte nelle prime quattro partite stagionali, si dimise il 16 settembre 2005.
Il 29 dicembre 2005 accettò l'offerta del Wolfsburg e ne divenne l'allenatore, chiudendo in quattordicesima posizione. Fu esonerato sul finire dell'annata successiva. Dal 23 marzo 2010 diviene allenatore dell'Unterhaching; alla fine della stagione 2010-2011 il suo contratto non viene rinnovato.
Attualmente lavora per una società di scouting di giovani calciatori.
Vita privata
Klaus Augenthaler è sposato con sua moglie Monika dal 1980. La coppia ha due figlie. La figlia minore Lisa, nata nel 1990, è un'attrice e dal 2018 è conduttrice radiofonica di Antenne Bayern. All'età di 62 anni ebbe un figlio.
Germania
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