Родился в Эдинбурге 5 июля 1820 года. Учился в Эдинбургском институте с 1836 года по 1838, который был вынужден покинуть так и не окончив из-за стеснённого финансового положения. Уильям Ренкин умер в 1872 году в Глазго.
В 1849 году независимо от Клаузиуса получил общие уравнения термодинамики, выражающие соотношение между теплотой и механической энергией. Исследовал термодинамические свойства газов и пара в 1850 году и составил таблицы водяных паров получивших широкое применение. В 1859 году построил полную теорию паровой машины в частности, разработал идеальный термодинамический цикл парового двигателя, названного в его честь. Ренкин ввёл ряд терминов: потенциальная энергия, адиабатический и изотермические процессы, адиабата.
"Руководство по паровым машинам" — первый труд по технической термодинамике (1859).