Rođen je u malom gradiću Conwayu u unutrašnjosti SAD. Gibsonova obitelj često mijenja prebivališta, s obzirom na to da je njegov otac radio kao nadzornik na velikim gradilištima, uglavnom u saveznim državama Južna Karolina i Virginia. Ta je činjenica zasigurno utjecala na socijalne vještine mladog Williama, koji se već u djetinjstvu radije posvećivao čitanju, nego druženju s vršnjacima.
Emotivni šok doživljava u 12-oj godini, kada mu otac umire u bizarnim okolnostima (umire u restoranu, od posljedica gušenja hranom). Nakon toga, on i majka sele se u rodni grad njegovih roditelja, Whyteville u Virginiji.
Tamo se upisuje u lokalnu srednju školu, gdje ga "košarkaški-opsjednuta monokultura" (citat) tjera da se još više okrene literaturi.
S 13 godina kupuje antologiju beat književnika, gdje se prvi put upoznaje s radovima Allena Ginsberga, Jacka Kerouaca, i Williama S. Burroughsa. Sve slobodno vrijeme uglavnom provodi čitajući, a posebno ga oduševljava SF. Tvrdi da je već tada znao da ga jedino zanima čitati i pisati znanstvenu fantastiku. Suprotno "ugledu" "geeka", školski program ga uopće ne zanima.
Zabrinuta zbog loših ocjena povučenog tinejdžera, majka ga šalje u privatnu školu u saveznu državu Arizona. Tamo pri upisu provode testiranje kandidata, i na iznenađenje svih mladi Gibson pokazuje vrlo visoke rezultate, te se pokaže da posjeduje natprosječan IQ.
Kad je imao 18 godina, umire mu majka. Gibson napušta školu bez da je diplomirao, i putuje po SAD i Europi. 1967. godine emigrira u Kanadu, kako bi izbjegao novačenje za rat u Vijetnamu. Tamo postaje dijelom kontrakulturne scene "Djece cvijeća". Po vlastitom priznanju, nakon razgovora u Uredu za novačenje kupuje kartu za Toronto, više "potaknut željom da spava s mladim hippy djevojkama i zlorabi hašiš" nego prigovorom savjesti.
Vancouver postaje njegovo stalno prebivalište do današnjih dana (iako posjeduje i američko državljanstvo).
Djela
Gibsonovi rani radovi su pusti, crne priče o učinku kibernetike i računalne mreže na ljude – "lowlife susreće visoku tehnologiju". Kratke priče objavljene su mu u popularnim časopisima znanstvene fantastike. Teme, postavke i simbolika razvijeni u tim pričama su kulminirali u njegovom prvom romanu, Neuromancer, koji je ostvario uspjeh kod publike i kritike te se smatra prvijencem takozvanog "cyberpunk" književnog stila.
Iako je Gibsonova slava ostala povezana s Neuromancerom, njegov se rad nastavio razvijati. Nakon što je nadopunio Neuromancer s još dva romana dovršivši distopijsku trilogiju, Gibson je postao važnim autorom drugog znanstveno fantastičnog pod-žanra steampunka 1990. s alternativno povijesnim romanomThe Difference Engine kojeg je pisao s Bruceom Sterlingom. 1990-ih su napisani romani Bridge trilogije, koji su usmjereni na sociološka zapažanja u urbanim sredinama bliske budućnosti i kasnom kapitalizmu. Radnja njegovih najnovijih romana – Raspoznavanje uzoraka (2003.) i Avet Zemlja (2007.) odvija se u suvremenom svijetu i postavili su po prvi put njegov rad na opću bestseler listu.
Gibson je jedan od najpoznatijih sjeverno američkih pisaca znanstvene fantastike, opisan 1999. kao "vjerojatno najvažniji romanopisac u protekla dva desetljeća". Gibson je napisao više od dvadeset kratkih priča, devet kritički priznatih romana (jedan u suradnji), objavljivao je članke u nekoliko važnih publikacija i često surađivao s umjetnicima s područja performansa, kinematografije i glazbe. Njegov rad se navodi kao utjecajan za brojne dicipline: od akademskih istraživanja, znanstvene fantastike, do dizajna, cyberkulture, i tehnologije.