Вильгельм родился 24 апреля 1533 г. в городе Дилленбурге в немецком графстве Нассау. Он был старшим сыном Вильгельма, графа Нассау-Дилленбургского, и Юлианы Штольберг-Вернигеродской. Его отец уже имел дочь от предыдущего брака, у его матери также уже было четверо детей от предыдущего брака. Был крещен в лоне лютеранской церкви 4 мая 1533 года. После него родились еще четыре брата — Ян (1535—1606), Людовик (1538—1574), Адольф (1540—1568), Хендрик (1550—1574) и восемь сестёр. До одиннадцати лет Вильгельм воспитывался в лютеранской вере в семейном замке Дилленбург в Германии.
Владел обширными землями в Нидерландах и во Франции (княжество Оранж). Выступив в начале 1560-х во главе оппозиции нидерландской знати испанскому режиму, Вильгельм после вторжения в Нидерланды испанской армии (1567) укрылся в Германии и с помощью немецких протестантских князей и французских гугенотов организовал несколько походов в Нидерланды (1568, 1572).
Успехи народного восстания на севере Нидерландов побудили Вильгельма I Оранского перейти на сторону революции; в 1572 г. он был признан Штатами Голландии и Зеландии статхаудером (наместником) этих провинций и получил почти диктаторские полномочия.
В 1576 г. Вильгельм после победы восстания на юге Нидерландов переехал из Голландии в Брюссель. В 1577 г. он занял пост руварда (высшая экстраординарная административная должность) Брабанта, пытался вести войну против Испании, опираясь на иноземную помощь.
Вильгельм был убит 10 июля 1584 г. испанским агентом Бальтазаром Жераром. Убийца прятался в королевских покоях в Принсенхофе и, когда принц вошел, выстрелил в него три раза. Оранский вскричал: «О Боже, сжалься над моей душой… Сжалься над этим несчастным народом» ("Mon Dieu, ayez piti? de mon ?me; mon Dieu, ayez piti? de ce pauvre peuple".). Он умер практически мгновенно. Похоронен в Делфте, в Новой церкви.