生于纽约州纽约，卒于新罕布什尔州彻科鲁瓦。先后在美国和欧洲多国受多种专业教育，长达10年之久。1869年在哈佛大学获医学博士学位。1872年转而研究心理学，同年任哈佛大学生理学讲师。1875～1876年在美国第一个开设新心理学课──生理学与心理学的关系。1875年设立了一个非正式的心理学实验室，供教学演示和心理实验之用。1876年被任命为哈佛大学生理学副教授。1880年任哲学副教授，1885年升为哲学教授。1889年改任心理学教授。1897年又改任哲学教授。他是美国心理学会的创始人之一，曾于1894年和1904年两度当选为学会主席。

詹姆斯哲学是实用主义流行和演变的一个重要环节，它扩大了C.S.皮尔士所阐述的实用主义的含义，不再局限于对观念和命题做意义上的分析，而偏重于人类生活中的价值和效用。在詹姆斯的思想中，引人瞩目的是意识流、彻底经验和关于真理的概念。①意识流。指原始的、混沌的感觉流和主观的思想流，是在人的生活过程中所产生的经验。它犹如一条河流，连绵不断，只有通过个人的兴趣和注意把它划分开来，这个河流才显现为实物，构成气象万千的现实世界。②彻底经验。是意识流概念的继续。詹姆斯提出这个概念的用意是使经验论贯彻到底。他只承认人所直接经验的东西，或者说只肯定纯粹的经验。这种经验是人最初的混沌的经验，其中并没有主体和客体，即意识和所意识的东西的区别，它既是思想又是事物，二者在其中合而为一。只有当一种新的反省的经验对原来的经验从不同的情况重新考察时，才有主体和客体的区别。③真理。指观念所能起的作用。他认为，真观念能够得到证实，造成所期望的结果，假观念则与此相反。但它们都与是否符合客观事物的实际情况无关，而取决于个人的主观愿望，确定真理的唯一标准是有用和有效，从而否定真理的客观性和绝对性。

1890年，詹姆斯出版了《心理学原理》一书，总结了实验心理学在当时已取得的主要研究成果，具有从经验的、思辨的心理学向实验的心理学过渡的特点。詹姆斯的心理学含有实用主义思想，对美国机能心理学的发展有直接影响。他认为意识是为了一种用途而演化出来的，意识的功用是指引有机体达到生存所必需的目的。他还强调人的心理的非理性方面，认为人的本能比任何动物都多。他关于意识流的说法，开批判心理学中元素主义之先声。他的情绪学说认为生理的变化先于情绪体验，没有生理变化，便没有情绪体验。这个学说后称詹姆斯-兰格情绪理论，促进了情绪问题的大量研究，对行为主义产生过影响。此外，他关于意志、习惯和自我的立论都有创新的见解。

主要心理学著作有《心理学简编》（1892）、《对教师讲心理学及对学生讲生活理想》（1899）、《宗教经验之种种》（1902）。主要哲学著作有《实用主义》（1907）、《多元的宇宙》（1909）、《真理的意义》（1909）、《彻底的经验主义》（1912）等。