Koraélet
Herschel apja a hadseregben zenész volt. Ugyanezt a szakmát követve a fiú a Hannoveri Gárda zenekarában játszott. Hannover 1757-es francia megszállása után Angliába menekült, ahol eleinte kottamásolással kereste kenyerét. Állandóan javított azonban helyzetén, zenetanár, előadóművész és zeneszerző lett, mígnem 1766-ban kinevezték az ismert fürdőhely, Bath egyik divatos kápolnájának orgonistájává. Ekkorra az apjától örökölt intellektuális kíváncsisága a gyakorlatból a zene elmélete felé terelte, amelyet Robert Smith Harmonics című művében tanulmányozott. Ebből a könyvből fordult Smith A Compleat System of Opticks című művéhez, amely bevezette a távcsőépítés technikájába, és kedvet csinált neki az éjszakai égbolt megfigyeléséhez.
A makacsságot határtalan energiával ötvöző William nem elégedett meg a közeli Nap, Hold és bolygók megfigyelésével, mint korának szinte minden csillagásza, hanem eltökélte, hogy a távoli égitesteket is tanulmányozza, és rájött, hogy nagy tükrökkel rendelkező távcsövekre lesz szüksége ahhoz, hogy elegendő fényt gyűjtsön – valójában nagyobbakra, mint amennyit az optikusok ésszerű áron tudtak volna szállítani. Hamarosan kénytelen volt saját tükröket csiszolni. Ezeket különböző arányú rézből, ónból és antimonból készült fémkorongokból őrölte. 1781-ben ambíciói meghaladták a helyi öntödék kapacitását, ezért saját házának pincéjében készült olvadt fémet önteni korongokba, de az első tükör a kihűléskor megrepedt, a második kísérletnél pedig a fém kifolyt a járólapra, ami után még ő is beletörődött az átmeneti vereségbe. Későbbi és sikeresebb kísérletei során egyre nagyobb, kiváló minőségű tükröket készített, és távcsövei még a greenwichi csillagvizsgálóban használtaknál is sokkal jobbnak bizonyultak. Saját okulárokat is készített, a legerősebbet 6450-szeres nagyítóerővel.
Bathban kutatásaiban bátyja, a Hannoverből érkezett Alexander és nővére, Caroline segítette, aki pályafutása nagy részében hűséges segítője volt. E rendkívüli háztartás híre kezdett elterjedni tudományos körökben. Két előzetes távcsöves égboltfelmérést végzett. Aztán 1781-ben, az éjszakai égbolt harmadik és legteljesebb felmérése során Vilmos egy olyan objektumra bukkant, amelyről rájött, hogy nem közönséges csillag.
Ez bizonyult az Uránusz bolygónak, az első bolygónak, amelyet az őskor óta felfedeztek. Vilmos szinte egyik napról a másikra híres lett. Barátja, ifjabb Dr. William Watson bemutatta őt a Londoni Királyi Társaságnak, amely az Uránusz felfedezéséért Copley-éremmel tüntette ki, és tagjává választotta. Watson segített neki abban is, hogy 1782-ben évi 200 font nyugdíjat kapjon III. Györgytől. Így felhagyhatott a zenével, és kizárólag a csillagászatnak szentelhette magát. Vilmost ekkor nevezték ki III. György csillagászává, és Herschelék a Windsor kastélyhoz közeli Datchetbe költöztek.
Bár 43 éves volt, amikor hivatásos csillagász lett, Vilmos éjszakáról éjszakára az égbolt “természetrajzának” kidolgozásán dolgozott. Az egyik alapvető probléma, amelyre Herschel nagy távcsövei kiválóan alkalmasak voltak, a ködök természetére vonatkozott, amelyek fénylő foltokként jelennek meg az égbolton. Egyes csillagászok úgy gondolták, hogy ezek nem mások, mint számtalan csillag halmazai, amelyek fénye összeolvadva tejszerűséget alkot. Mások úgy vélték, hogy egyes ködök fénylő folyadékból állnak. Amikor 1781-82 telén Vilmos érdeklődése a ködök iránt kibontakozott, hamar rájött, hogy a legerősebb távcsövével több olyan ködöt is csillagokká tudott felbontani, amelyek a kevésbé jól felszerelt megfigyelők számára “tejszerűnek” tűntek. Meg volt győződve arról, hogy erősebb műszerekkel más ködöket is fel lehet majd oldani csillagokká. Ez arra ösztönözte, hogy 1784-ben és 1785-ben azt állítsa, hogy minden köd csillagokból áll, és hogy a megfigyelt tények magyarázatához nem szükséges egy titokzatos fényes folyadék létezését feltételezni. A még nem felbontható ködöknek nagyon távoli rendszereknek kellett lenniük, állította, és mivel a megfigyelő számára nagynak tűnnek, valódi méretüknek valóban hatalmasnak kell lennie – talán még annál a csillagrendszernél is nagyobbnak, amelynek a Nap is tagja. Ezzel az érveléssel William arra jutott, hogy feltételezze a később “csillagok szigetegyetemének” nevezett csillagok létezését.