Vida prematura
O pai de Herschel era um músico do exército. Seguindo a mesma profissão, o rapaz tocava na banda dos Guardas Hanoverianos. Após a ocupação francesa de Hanover em 1757, ele fugiu para a Inglaterra, onde a princípio ganhou a vida copiando música. Mas melhorou constantemente sua posição, tornando-se professor de música, intérprete e compositor, até que em 1766 foi nomeado organista de uma capela da moda em Bath, o conhecido spa. Nessa altura, a curiosidade intelectual que tinha adquirido do seu pai levou-o da prática à teoria da música, que estudou nos Harmonics de Robert Smith. A partir deste livro, ele se voltou para O Sistema Completo de Opticks de Smith, que o introduziu nas técnicas de construção de telescópio e aguçou seu apetite para ver o céu noturno.
Combinando obstinação com energia sem limites, William não se contentou em observar o Sol, a Lua e os planetas próximos, como quase todos os astrônomos de seu tempo, mas estava determinado a estudar os corpos celestes distantes também, e percebeu que precisaria de telescópios com espelhos grandes para coletar luz suficiente – maior, de fato, do que os ópticos poderiam fornecer a um custo razoável. Ele foi logo forçado a moer seus próprios espelhos. Eles eram moídos a partir de discos de metal de cobre, estanho e antimônio em várias proporções. Em 1781 as suas ambições ultrapassavam as capacidades das fundições locais, e assim ele se preparou para fundir metal fundido em discos no porão de sua própria casa, mas o primeiro espelho rachou ao esfriar, e na segunda tentativa o metal correu para as lajes, depois do que até ele aceitou a derrota temporária. As suas tentativas posteriores e mais bem sucedidas produziram espelhos cada vez maiores de qualidade soberba, e os seus telescópios revelaram-se muito superiores até aos utilizados no Observatório Greenwich. Ele também fez suas próprias oculares, as mais fortes com um poder de ampliação de 6.450 vezes.
Em Bath, ele foi ajudado em suas pesquisas por seu irmão Alexander, que tinha vindo de Hanover, e sua irmã, Caroline, que foi sua fiel assistente durante grande parte de sua carreira. As notícias desta casa extraordinária começaram a espalhar-se nos círculos científicos. Ele fez duas pesquisas telescópicas preliminares dos céus. Então, em 1781, durante seu terceiro e mais completo levantamento do céu noturno, William deparou-se com um objeto que ele percebeu não ser uma estrela comum.
Provou-se ser o planeta Urano, o primeiro planeta a ser descoberto desde os tempos pré-históricos. William tornou-se famoso quase da noite para o dia. O seu amigo Dr. William Watson Jr. apresentou-o à Royal Society of London, que lhe atribuiu a Medalha Copley pela descoberta de Urano, e elegeu-o como Companheiro. Watson também o ajudou a conseguir em 1782 uma pensão anual de £200 de George III. Ele pôde assim desistir da música e dedicar-se exclusivamente à astronomia. Nessa época William foi nomeado astrônomo de George III, e os Herschels mudaram-se para Datchet, perto do Castelo de Windsor.
Embora ele tivesse 43 anos de idade quando se tornou astrônomo profissional, William trabalhou noite após noite para desenvolver uma “história natural” dos céus. Um problema fundamental para o qual os grandes telescópios de Herschel eram ideais diziam respeito à natureza das nebulosas, que aparecem como manchas luminosas no céu. Alguns astrônomos pensavam que eles não passavam de aglomerados de inúmeras estrelas, cuja luz se mistura para formar uma aparência leitosa. Outros sustentavam que algumas nebulosas eram compostas de um fluido luminoso. Quando o interesse de William pelas nebulosas se desenvolveu no inverno de 1781-82, ele rapidamente descobriu que seu telescópio mais poderoso poderia resolver em estrelas várias nebulosas que pareciam “leitosas” para observadores menos bem equipados. Ele estava convencido de que outras nebulosas seriam eventualmente resolvidas em estrelas individuais com instrumentos mais poderosos. Isto encorajou-o a argumentar em 1784 e 1785 que todas as nebulosas eram formadas por estrelas e que não havia necessidade de postular a existência de um misterioso fluido luminoso para explicar os fatos observados. Nebulosas que ainda não podiam ser resolvidas devem ser sistemas muito distantes, ele manteve, e, como parecem grandes para o observador, seu verdadeiro tamanho deve ser de fato vastamente maior – possivelmente até mesmo maior do que o sistema estelar do qual o Sol é um membro. Por este raciocínio, William foi levado a postular a existência do que mais tarde foram chamados de “universos insulares” de estrelas.