Будущий король Англии был внебрачным сыном (бастардом) Роберта Дьявола, герцога Нормандского, и Герлевы или Герлетты (что соответствует французскому имени Арлетта), дочерью простого нормандского обывателя Фалеза (по одним источникам), или дочерью герцогского камергера по имени Фульберт (по другим). Женатый на тот момент Роберт не мог взять её в законные жены. В конце 1027 или в начале 1028 года Арлетта произвела на свет сына, которого нарекли популярным в то время именем Вильгельм. Его нормандское имя было Gllâome, а по-французски Guillaume - на современном французском читается - Гийом. Едва повивальная бабка положила новорождённого на солому, которой был покрыт пол, как малыш, ухватил её в охапку, что все истолковали как предзнаменование: родился великий завоеватель.
Первые годы мальчик провел в Фалезе, вероятно, в доме деда. Однако отец не бросил Арлетту с сыном, к которым испытывал глубокую привязанность и которых часто навещал. Арлетта родила ему дочь Алису. С о своей законной супругой Эстрид, Роберт расстался из-за её бесплодия. В январе 1035 года Роберт представил малыша Вильгельма баронам, как своего преемника. Герцог Нормандии поручил опеку над сыном своему кузену, тоже бастарду, Жильберу де Брионну, имевшему репутацию энергичного и умелого малого, но образ действий которого не отличался ни порядочностью, ни чистосердечием. Сам же отправился в паломничество в Святую землю. 25-летний пилигрим Роберт Дьявол скончался в Никее на обратном пути на родину.
После его смерти в Нормандии начались междоусобные войны. Историкам неизвестны обстоятельства при которых Вильгельм взял в свои руки бразды правления, кроме одного обстоятельства, что он изгнал своего опекуна Рауля де Гасе. К 1045 году в Нормандии воцарился относительный мир. Сопротивление мятежников сломлено, наихудшие проявления бандитизма карались. «Ощущалось действие силы, о коей прежде и не чаяли, - пишет биограф Вильгельма французский историк Поль Зюмтор, - силы маленького бастарда, презренного сына Арлетты, исключительная физическая мощь которого внушала почтение всем не слишком утонченным натурам». Впрочем, на этом этапе молодому герцогу оказал помощь французский король Генрих.
5 января 1066 года, не оставив прямых наследников, скончался предпоследний англосаксонский король Эдуард Исповедник. По одной версии, в 1064 году Эдуард послал своего вассала Гарольда Годвинсона к Вильгельму, чтобы он поклялся верности Вильгельму как наследнику английского престола. Гарольд попал в плен к графу Ги де Понтье, но был освобожден герцогом Нормандским. Вильгельм и Гарольд подружились. Вероятно, Гарольд принес Вильгельму торжественную клятву отказаться от всех прав и планов, связанных с претензиями на английскую корону, и весьма возможно, что, не сделай он этого, не видать бы ему берегов Альбиона. Однако Гарольд был коронован и помазан на царство, получив благословение от архиепископа Кентерберийского, еще не рукоположенного папой римским. Это давало шанс его противникам.
Вильгельм тщательно подготовил военную экспедицию в Англию. Собственных ресурсов Нормандии не хватало, но на призыв Бастарда откликнулись не только нормандские бароны и норманны из Испании и Южной Италии. Большой контингент прислала Бретань. Прибыли наемники из Фландрии и даже из-за Альп. К августу 1066 г. в Сен-Валери, у устья Соммы, около 7 тысяч рыцарей на 700 кораблях готовы были к отплытию на завоевание Англии, но вторжению мешала непогода. В течение 6 недель ни разу не подул южный ветер. Разношерстная армия не разбежалась лишь благодаря авторитету Вильгельма и ожиданием богатой добычи. 28 сентября флот стал на якорь в заливе Певенси. Высадке никто не мешал. Сходя с корабля Вильгельм упал лицом вниз и, по преданию, воскликнул, толкуя дурное знамение к своей выгоде: Видите, я взял Англию обеими руками».
Войско герцога Нормандского почти целиком состояло из конницы со вспомогательным отрядом лучников, а в распоряжении Гарольда были только пешие воины, использовавшие лошадей лишь для транспортировки грузов. Битва при Гастингсе оказалась переломным моментом в завоевании Англии. Прием ложного отступления позволил Вильгельму выманить часть менее опытного войска и перебить этих мужественных защитников, которые до того непоколебимо стояли против закованных в броню рыцарей и тьмы летящих в них стрел. Король Гарольд был смертельно ранен стрелой в правый глаз. Под Вильгельмом пало три боевых коня.
9 сентября 1087 г. над холмами раздались звуки колоколов руанского собора, возвестившие о кончине Вильгельма. Его слуги раздели покойного и обокрали помещение, в котором он лежал. Руанские священники отвезли тело в церковь Святого Стефана в Кане, построенную Вильгельмом. На кладбище некий Асцелин возопил, что усопший герцог лишил его отца участка земли для могилы, и потребовал от изумленных наследников восстановления справедливости. Чтобы предать Вильгельма земле за участок пришлось заплатить 60 шиллингов.