1028 táján született Róbert normandiai herceg és egy cserzővarga (más források szerint egy földesúr) szépséges lányának törvénytelen fiaként. Apja hétéves korában meghalt, s ettől kezdve a fattyú melléknévvel is illetett herceg állandó veszedelemben élt. Az örökségére ácsingózó rokonok elől olykor bujkálnia kellett, végül a védelem reményében a francia király hűbéresének nyilvánította magát. 1047-ben legyőzte a normann bárókat és biztosította uralmát, majd visszaverte korábbi szövetségese, I. Henrik támadásait is. 1053-ban (a pápa tiltásával dacolva) feleségül vette unokatestvérét, Flandriai Matildát, a házasságból négy fia és hat lánya született.
A vakmerő, becsvágyó és roppant erős fizikumú Vilmos herceg harmincéves korára Franciaország leghatalmasabb ura lett, és az angol trónra vetette szemét. A szigetet a XI. század elején Nagy Kanut dán király hódította meg, az ő halála után öldöklő trónviszályok robbantak ki. A zűrzavarból az angolszász Hitvalló Edvárd emelkedett ki győztesen, aki tartva fékezhetetlen alattvalóitól, Vilmoshoz fordult segítségért (sőt, Vilmos állítása szerint halála után neki ígérte a trónt is). Edvárd 1066 januárjában halálos ágyán mégis sógorát, Wessex earljét nevezte meg utódjának, akit I. Harold néven meg is koronáztak, ám a trónra igényt tartott Vilmos és - Kanut örököseként - Harald Hardrade norvég király is.
Vilmos sereget toborzott és megszerezte Európa jelentősebb udvarai, valamint VII. Gergely pápa támogatását. A nyár viszonylag eseménytelenül telt, így Harold hazabocsátotta harcosait az aratásra és szélnek eresztette a partvidéket védelmező flottáját is. Az "első menetre" szeptemberben került sor, amikor a norvégok váratlanul megtámadták és elfoglalták Yorkot. Harold szeptember 25-én Stamford Bridge közelében vereséget mért a betolakodókra, a csatamezőn holtan maradt a norvég király is.
Eközben Vilmos senkitől sem zavartatva áthajózott Angliába és hat-nyolcezer fős serege élén Hastings mellett táborozott le. Az új veszedelem hírét vevő Harold erőltetett menetben sietett délre, kidőlő veteránjait menet közben tapasztalatlan újoncokkal helyettesítette. Az erősítéseket sem bevárva, a meglepetés erejében bízva vonult a normannok ellen, Vilmos azonban értesült jöveteléről, így 1066. október 14-én Harold a csatarendbe felsorakozott normannokkal találta szemben magát. A két egyenlő erejű sereg csatája egész nap dühöngött, az angolok csak Harold eleste után fogták menekülőre. A csata emlékét örökíti meg az 1077-re elkészült, történészek által - lényegében a leghitelesebb és szinte egyetlen - forrásként kezelt bayeux-i kárpit: a 70 méter hosszú, fél méter széles, feliratokkal ellátott vászon afféle képregényként 58 képen mutatja be Anglia meghódítását.
Vilmost 1066 decemberében koronázták Anglia királyává, de hatalmát csak évek alatt sikerült megszilárdítania.
Több lázadást vert le kegyetlenül, a dán és skót támadások megelőzése érdekében pusztasággá változtatta északnyugati tartományait. Angliában négy év alatt megszűnt az előző arisztokrácia, helyébe (még a püspöki székekbe is) normannok kerültek. Vilmos a stratégiailag fontos helyeken (és a normann uralom demonstrálása érdekében) várakat, kastélyokat építtetett.
A királyság minden földje tulajdonosának tekintette magát, ezeket katonai szolgálat fejében, használatra adta normann, francia és flamand hűbéreseinek. Az adójövedelmek maximalizálása érdekében királysága minden alattvalóját számba vétette, így keletkezett 1086-ban a történészek számára kimeríthetetlen forrás-kincsesbányának bizonyuló Domesday Book, az Ítéletnapi - gyakorlatilag földhivatali nyilvántartási - Könyv. Vilmos koronázásakor esküt tett, hogy a létező szokásokat és törvényeket megtartja, így maradhatott fenn az angol bíráskodási rendszer és a köznép körében az angol nyelv. Egyszerre erőszakos és engedékeny politikája nagyban hozzájárult a sajátos angol társadalmi rend kialakulásához.
Élete utolsó hónapjaiban a franciák által fenyegetett Normandiában hadakozott. Nantes ostroma közben az 59 éves királyt lángoktól megriadt lova levetette (a hastingsi csatában is többször bukott), belső sérüléseibe néhány nappal később, 1087. szeptember 9-én halt bele Rouen közelében. Caen közelében temették el, a rosszindulatú legenda szerint testes tetemét csak nehezen tudták a szarkofágba gyömöszölni. Vilmos normandiai birtokát Róbert, Angliát Vilmos fiára hagyta, utóbbit később öccse, Henrik követte a trónon.
