Augenthaler chơi ở vị trí trung vệ, và sau này là ở vị trí hậu vệ quét (libero). Ông vô địch Bundesliga 7 lần và cúp bóng đá Đức 3 lần với Bayern Munich. Tại Cúp C1 châu Âu (tiền thân của Champions League), ông về nhì năm 1982, sau khi Bayern Munich thua Aston Villa 0–1 tại trận chung kết. Tại trận chung kết năm 1987, ông vắng mặt do bị treo giò, và lại một lần nữa thất bại khi Bayern thua 2–1 trước FC Porto.

Từ năm 1984 đến khi kết thúc sự nghiệp cầu thủ năm 1991, Klaus Augenthaler là đội trưởng của Bayern Munich. Tổng cộng ông đã chơi 404 trận tại Bundesliga[4], 89 trận tại cúp châu Âu[5] cho Bayern.

Từ năm 1983 đến năm 1990 ông thi đấu 27 trận[6] cho Tây Đức, vô địch World Cup 1990 tại Ý, sau khi thắng Argentina 1–0 tại trận chung kết. Trước đó ông cũng tham dự World Cup 1986 tại Mexico, nhưng không thi đấu tại trận chung kết.