Отец Уоттса был настройщиком и изготовителем фортепиано. В десять лет будущий художник стал учеником скульптора Уильяма Бенеса. Довольно поздно, в восемнадцать лет, поступил в Школу искусств при Королевской академии, учился там недолго. Работой, которая принесла Уоттсу известность стала картина «Триумфальное шествие Каратакуса по улицам Рима» (1842). Это произведение победило в конкурсе, проводившемся в Вестминстерском зале Парламента и принесло Уоттсу премию в 300 фунтов. Полученные деньги дали ему возможность совершить в 1843—1847 годах путешествие в Италию, где под влиянием шедевров искусства античности и Возрождения сформировался стиль Уоттса. После возвращения из Италии Уоттс прославился как портретист и мастер масштабных аллегорических композиций. Сам художник утверждал, что его искусство обращено прежде всего к ценителям-интеллектуалам, а главной задачей считал стремление к правде и красоте через пробуждение воображения человека. Дружил с прерафаэлитами, посещавшими салон Принсепов в Кенсингтоне, сам не примыкал этому течению, однако его ранние работы несут отпечаток их стилистики.
С 1851 по 1875 год художник жил в доме супругов Принсеп и был учителем их сына Валентайна. По настоянию Уоттса, мальчик получил художественное образование. В период жизни у Принсепов Уоттс создал множество портретов знаменитых людей, в том числе Лейтона, Теннисона, Карлейля, Суинберна и других. Большая часть исследователей творчества художника считает портреты лучшей частью его наследия. Перемена стиля художника в конце 60-х — начале 70-х годов объясняется его обращением к скульптуре. За картины, выполненные в строгой монохромной гамме с героями, напоминающими античные скульптуры, Уоттса назвали Викторианским Микеланджело. Техника Уоттса резко отличалась от техники большинства художников того времени, предпочитавших заглаженную живописную поверхность. Он писал корпусно, густыми мазками вязкой краски: чтобы удалить излишки масла, Уоттс предварительно выдавливал краску на бумагу. Г. К. Честертон отмечал, что живопись Уоттса подобна «фрескам некоего доисторического храма».
В 1864 году Уоттс женился на актрисе Эллен Терри. Брак распался через одиннадцать месяцев. Второй женой Уоттса в 1886 году стала шотландка, художница по керамике Мери Фрезер-Титлер (1849—1938). С 1891 года супруги жили в поместье Лимнерлиз (Комптон, Суррей). В 1903 году рядом с поместьем открылся Музей Уоттса, в экспозицию которого вошла бо?льшая часть произведений художника. В 1885 и 1894 годах художнику предлагался титул баронета, однако Уоттс отказался от него, так же как и от поста президента Королевской академии.
Уоттс умер в поместье Лимнерлиз 1 июля 1904 года. Похоронен в часовне, построенной по проекту его жены, рядом с Музеем Уоттса.
«Сэр Галахад». 1862.
«Ангел-хранитель». 1887—1890
«Паоло и Франческа»
«Паоло и Франческа»
«Суд Париса»
«Орфей и Эвридика»
«Осуждение Каина»
«Сон Эллен Терри»
«Выбирающая. Эллен Терри». 1864.
«Портрет Джорджа Мередита»
«Портрет Данте Габриэля Россетти»
«Портрет Уоттса в виде флорентинца эпохи Ренессанса». Джордж Эндрюс (Национальная портретная галерея)
«Клития»
«Девушка с павлиньим пером»
«Офелия» Ок. 1864.
«Клития». 1867.