Вильгельм был незаконным сыном нормандского герцога Роберта II, не имевшего законного потомства, и некой Харлетты из Фалеза. Несмотря на свое незаконное происхождение, в 1035 г. Вильгельм унаследовал трон Нормандии после того как его отец умер во время паломничества. Поскольку законный правитель погиб, в Нормандии началась феодальная смута, на престол претендовали даже некоторые из бывших вассалов Роберта. Юному герцогу чудом удалось спастись, скрывшись в деревенском доме. К своему двадцатилетию, он смог объединить под своей властью все герцогство, опираясь на поддержку оставшихся верными ему вассалов западной части Нормандии.

В 1048 г. Вильгельм участвовал в походе своего сюзерена, французского короля, против графа Анжуйского. В 1059 г. правитель Нормандии женился на Матильде, дочери Бодуэна V, графа Фландрского, предком которого был король Англии Альфред Великий87199.

После смерти английского короля Эдуарда Исповедника104266 5 января 1066 г. Вильгельм заявил о своих претензиях на английский престол, т. к. покойный Эдуард, как доказывал герцог, завещал престол ему, своему отдаленному родственнику. Герцогу удалось собрать под свои знамена рыцарей не только из Нормандии, но и из различных частей Франции. Кроме того, Вильгельм заключил союз с норвежским королем Харальдом Хардрадом104566, который незадолго до вторжения армии герцога напал на Северную Англию, и заручился поддержкой папы Римского.

Вильгельм собрал свое войско на берегах Ла-Манша и к 12 сентября 1066 г. был готов отправиться в Англию. Однако из-за северного ветра, препятствовавшего походу, он только 27 сентября переправился по морю в Англию и высадился на южном побережье острова. Войско герцога, состоявшее в основном из тяжело вооруженных всадников-рыцарей, а также включавшее лучников и пехотинцев, по количеству значительно превосходило армию англичан, которую возглавил новый английский король Гарольд II1066 г.. Всего за три недели до столкновения с нормандскими силами ему удалось отбить опасное и внезапное нападение Харальда Хардрада на севере страны. Войско Гарольда состояло в основном из наспех собранного пешего крестьянского ополчения и собственной дружины короля. В решающей битве при Гастингсе1066 упорно сопротивлявшиеся англосаксы были разгромлены, а сам король Гарольд погиб в сражении.

«Совет мудрых» собрался было избрать преемником Гарольда Эдгара Ателинга, однако Эдгар сам посоветовал отдать корону нормандскому герцогу. 25 декабря 1066 г. Вильгельм был коронован в Вестминстерском аббатстве.

Положение в стране было для нового короля тяжелым. Весь север и северо-восток были охвачены восстаниями местной знати и простонародья. Против Вильгельма выступила коалиция графа Хантингтонского, Шотландии и датского короля Свейна, также претендовавшего на английский престол. В ответ Вильгельм разорил главные центры восстания — Йоркскую долину и графство Дарэм, которые после этого в течение нескольких десятилетий оставались практически необитаемыми.

Справившись с оппозицией и упрочив свое положение на троне, Вильгельм все земли страны объявил собственностью короны. Огромные территории, особенно в мятежных районах страны, были отняты у прежних владельцев-феодалов. Около 1/7 части всей пахотной земли перешла непосредственно к Вильгельму и составила королевский домен. Значительные земельные владения были розданы нормандским феодалам — баронам, мелкие местные феодалы — тэны частично сохранили свои земли, но при этом стали вассалами баронов. Раздачи земель баронам проходили постепенно, по мере их конфискации, в результате чего разбросанность владений крупной знати затрудняла формирование в Англии обширных и компактных феодальных владений, способных при определенных условиях отложиться от короля.

В 1086 г. по повелению короля были проведены опись земель и перепись населения, по результатам которых была составлена так называемая «Книга Страшного суда» (англ. «Domesday book»). Это название возникло потому, что все лица, дававшие сведения переписчикам, клялись говорить, ничего не утаивая, «как на Страшном суде». Перепись позволила упорядочить налогообложение и помогла королю составить точное представление о численности населения и размерах владений и доходов вассалов. Последнее было необходимо для определения военных повинностей вассалов по отношению к королю. В 1086 г. все феодалы Англии, крупные и мелкие, по приказу Вильгельма дали в Солсбери клятву верности королю. Даже у самых могущественных владельцев не оставалось вассалов, связанных присягой только со своим непосредственным сюзереном; правило «вассал моего вассала не мой вассал» в Англии со времен Вильгельма I не действовало.

В 1087 г. Вильгельм начал войну с Францией. Во время одного из столкновений с врагом лошадь короля была ранена, сам он был выброшен из седла и сильно разбился. Через пять недель он скончался в одном из предместий Руана и был похоронен в Кане, центре Нормандии. Вильгельму Завоевателю наследовали Вильгельм II10871100 и Генрих I110035, ставший предком (по женской линии) династии Плантагенетов.