Bereits als Schüler nahm Wilhelm Weber experimentellen Untersuchungen seines älteren Bruders Ernst Heinrich die zur Herausgabe der "Wellenlehre" (Leipzig 1825) Wilhelm studierte parallel in Halle . Dort habilitierte er sich mit einer Arbeit über Theorie der Zungenpfeifen.
Nach einer außerordentlichen Professur in Halle er 1831 dem Ruf nach Göttingen wo er für Physik wurde. Er verlor sein Amt 14. Dezember 1837 zusammen mit sechs weiteren Göttinger Professoren Göttinger Sieben ) als sie gegen die Aufhebung der protestierten. Seitdem lebte Weber als Privatgelehrter in oder befand sich auf längeren Reisen.
1843 wurde er nach Leipzig berufen bis er 1849 auf seine alte Stellung zurückkehren konnte.
In Göttingen war Wilhelm Weber sehr mit Carl Friedrich Gauß befreundet mit dem er über lange zusammenarbeitete. Sie konstruierten 1833 den ersten elektromagnetischen Telegraphen . Dazu verlegten sie zwei Kupferdrähte über Dächer der Stadt Göttingen und vermittelten den Verkehr zwischen dem Physikalischen Institut und dem Observatorium der Sternwarte.
Gemeinsam mit seinem jüngeren Bruder Eduard Wilhelm Weber die Abhandlung über die menschlichen heraus (Göttingen 1836). 1837 gründete er den Magnetischen Verein in Göttingen.
Fundamentale Bedeutung haben Webers Untersuchungen zu Meßverfahren erlangt die er in sieben Aufsätzen den Abhandlungen der Königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften zwischen 1846 und 1878 vorlegte.