В молодости будущий король служил на флоте, впоследствии носил прозвище «Король-моряк». Он служил в Северной Америке, но в военных действиях практически не участвовал. Вильгельм унаследовал трон после смерти двух старших братьев, не оставивших законных потомков, в возрасте 64 лет. За семь лет его правления было проведено несколько важных реформ: пересмотрено законодательство о бедных, проведена демократизация муниципалитетов, впервые ограничен детский труд, а во всей Британской империи отменено рабство. Вильгельм был последним британским монархом, назначавшим премьер-министра против воли парламента. Королевству Ганновер он даровал либеральную конституцию.
Оба законных ребёнка Вильгельма IV умерли в детстве, поэтому британский престол унаследовала его племянница Виктория, а королём Ганновера стал его младший брат Эрнст Август.
Вильгельм, третий ребёнок короля Георга III и королевы Шарлотты, родился утром 21 августа 1765 года в Бакингем-хаусе. У него было два старших брата, Георг и Фредерик, поэтому Вильгельм не рассматривался как наследник престола. Он был крещён в Сент-Джеймсском дворце 20 сентября 1765 года, его крёстными были дяди: герцог Глостер и принц Генрих (впоследствии герцог Камберленд), а также тётя, принцесса Августа.
Большую часть детства принц Вильгельм провёл в Ричмонде и дворце Кью, где его образованием занимались частные педагоги. В тринадцать лет принц поступил в королевский флот мичманом, в 1780 году он присутствовал при сражении у мыса Сент-Винсент. Хотя на борту корабля Вильгельма сопровождал наставник, его морской опыт мало отличался от службы других мичманов, так он наравне со всеми участвовал в готовке пищи и даже был арестован вместе с другими членами команды за пьяную драку в Гибралтаре (хотя принца отпустили сразу же, как установили его личность). Во время войны за независимость США принц служил в Нью-Йорке. Революционеры с одобрения Джорджа Вашингтона планировали похитить принца, пока он находился в Америке. Однако британцам стало известно об этих планах похищения, после чего к Вильгельму, ранее передвигавшемуся по Нью-Йорку без сопровождения, приставили охрану.
Вильгельм получил звание лейтенанта в 1785 году, а через год стал капитаном фрегата Pegasus. В конце 1785 года принц служил в Вест-Индии под командованием Горацио Нельсона, который высоко отзывался о профессиональных качествах Вильгельма. Вильгельм и Нельсон стали добрыми друзьями, практически каждый вечер вместе ужинали, принц был свидетелем на свадьбе Нельсона. В 1788 году Вильгельм стал капитаном фрегата Andromeda, а через год вместе со званием контр-адмирала получил командование над линейным кораблём Valiant.
Вильгельм хотел получить герцогский титул, подобный тем, что имели его старшие братья, и, как следствие, получить место в Палате лордов. Однако король Георг III не спешил производить третьего сына в герцоги, опасаясь, что он примкнёт к парламентской оппозиции. Тогда Вильгельм пригрозил, что будет избираться в Палату общин от округа Тотнес в Девоне. Под давлением Георг сдался, и 16 мая 1789 года Вильгельм получил титулы герцога Кларенса и Сент-Эндрюс и эрла Мунстера. Вильгельм как и его старшие братья, принц Уэльский и герцог Йоркский, публично поддерживал оппозиционную по отношению к королю партию Вигов, но, как и многих политиков того времени, политическая ориентация принца была весьма изменчива, поэтому нельзя однозначно приписать его к какой-то одной партии.
В 1790 году Вильгельм оставил службу на флоте. Когда в 1793 году Великобритания вступила в войну с Францией, принц был готов служить своей стране и рассчитывал принять в этой войне участие, но ему не был предоставлен корабль. Возможно, причиной тому было падение пьяного принца с лестницы, в результате которого он сломал руку, а также выступление перед Палатой лордов, в котором Вильгельм выступал против войны. В следующем году принц высказывался уже в поддержку войны, но Адмиралтейство проигнорировало его просьбу о возвращении на службу. Вильгельм не оставлял попыток принять активное участие в войне, но даже полученное им в 1798 году звание адмирала было чисто формальным. Во время Наполеоновских войн принцу также не удалось добиться командной должности. В 1811 году он получил почётное звание адмирала флота. В 1813 году Вильгельм прибыл с визитом в расположение британских войск в Южных Нидерландах. Наблюдая с колокольни за бомбардировкой Антверпена, принц сам попал под обстрел. Пуля пробила его мундир.
В Палате лордов Вильгельм выступал против отмены рабства, которое, хотя и было незаконным в Великобритании, всё ещё существовало в британских колониях. Много путешествуя, принц видел, что свободные люди на севере Шотландии живут хуже, чем рабы в Вест-Индии, поэтому считал, что свобода ничего хорошего рабам не принесёт. Многие парламентарии считались с мнением принца, принимая во внимание его опыт жизни в Вест-Индии. Выступая в Палате лордов, Вильгельм заявил, что все приверженцы идей аболиционизма, и в частности Уильям Уилберфорс, являются либо фанатиками, либо лицемерами. В иных вопросах принц чаще всего занимал более либеральную позицию.
На престол Вильгельм IV вступил в возрасте без малого 65 лет — он был самым пожилым британским монархом в момент воцарения.
Несмотря на почтенный возраст и недолгое правление, Вильгельм успел довольно много. При нём были предприняты важные реформы: пересмотрено законодательство о бедных, проведена демократизация муниципалитетов, впервые ограничен детский труд, а во всей Британской империи отменено рабство. Кроме того, по акту 1832 года была изменена электоральная система Британии. Вильгельм был последним королём, назначившим премьер-министра против воли парламента (1834).
Со смертью Вильгельма прекратилась личная уния Великобритании и Ганновера: как британскому монарху ему наследовала племянница Виктория, дочь умершего в 1820 году его младшего брата Эдуарда Кентского, однако она не могла унаследовать ещё и королевство Ганновер, где действовал салический закон, и следующим ганноверским королём стал ещё один младший брат Вильгельма, герцог Камберлендский Эрнст Август.
В 1791—1811 годах он состоял в фактическом браке с актрисой Дороти Джордан (1761—1816), от которой имел потомство — 10 детей (по фамилии Фицкларенс, «фиц» — традиционная старофранцузская приставка к имени незаконнорожденных детей). После вступления на престол Вильгельм присвоил своему старшему сыну Джорджу титул графа Мунстера (род пресёкся в 2002 году)
После смерти племянницы, принцессы Шарлотты, в 1817 году (что ставило под угрозу будущее династии), вместе с рядом других своих братьев спешно обзавёлся законной семьёй и 11 июля 1818 года женился на Аделаиде Саксен-Мейнингенской (13 августа 1792 — 2 декабря 1849). От этого брака родились две девочки, но ни одна из них не выжила.