Вильгельм был четвертым ребенком в семье лютеранского священника и его жены Мари. Дедом Вундта по отцовской линии был Фридрих Питер Вундт, профессор географии и пастор. Вундту очень повезло родиться в правильное время и в правильном месте. Он рос в период, когда инвестирование капиталов в развитие образования, медицины и технологий стало обычным явлением. До 1856 года он обучался в Тюбингенском, Берлинском и Гейдельбергском университетах. Получив диплом по медицине в Гейдельберге, Вильгельм недолго учился у Иоганна Мюллера и вскоре стал сотрудником университета – ассистентом выдающегося физика и физиолога Германа фон Гельмгольца. В 32 года он стал доцентом по антропологии и медицинской психологии, опубликовав учебник по физиологии человека. В это время он начал писать крупные работы и статьи и женился на Софи Мау – старшей дочери профессора богословия в Киле. У них родились трое детей: Элеонора, во многих отношениях ставшая помощницей своего отца, Луиза-Лилли и Макс Вундт, который пошел по стопам отца и стал профессором философии.
С 1875 года Вундт служил профессором философии в Лейпцигском университете, где у Эрнста Генриха Вебера и Густава Теодора Фехнера он начал исследования в области сенсорной психологии и психофизики. Вундт всегда скромничал и называл отцом экспериментальной психологии именно Вебера, считая, что ему просто удалось организовать то, о чем говорил Вебер. Но, так или иначе, именно Вундт в 1879 году в Лейпцигском университете открыл первую в истории лабораторию, посвященную исключительно психологическим исследованиям, и это событие ознаменовало официальное рождение психологии как самостоятельной области науки. В новой лаборатории работали аспиранты, проводящие исследования по темам, заданным Вундтом, а вскоре она привлекла молодых ученых со всего мира, стремившихся узнать о новой науке, разработанной Вундтом.
Многие из демонстраций Вундта проходили непосредственно в этой лаборатории из-за неудобства транспортировки его оборудования между лабораторией и классной комнатой. Вундту удалось собрать в лаборатории новейшее оборудование того времени: тахистоскопы, хроноскопы, маятники, электрические устройства, таймеры и сенсорные устройства отображения. Для того чтобы работать с этими приборами, снимать показания, проводить настройку в процессе эксперимента, ему требовалось много талантливых рук. С 1885 по 1909 год у ученого было 15 помощников. С 1879 года его лаборатория выросла