Родился в Норвиче в 1785.
Получил образование в средней школе в Норидже, после чего, отдыхая, изучал естественную историю, особенно орнитологию и энтомологию. По рекомендации сэра Джеймса Эдварда Смита он переключил своё внимание на ботанику.
Его первой ботанической экспедицией, по предложению сэра Джозефа Банкса, была поездка в Исландию летом 1809 года, но те образцы, которые он собрал, а также его записи и рисунки, были утеряны из-за пожара на судне, на котором он возвращался домой; молодой ботаник сам едва спасся. Хорошая память, однако, помогла ему опубликовать отчёт о поездке на остров, о его жителях и флоре (Tour in Iceland, 1809, переиздан в 1813).
В 1810—1811 годах он предпринимает всё необходимое, чтобы сопровождать сэра Роберта Браунригга на Цейлон, но неспокойное состояние острова привело к отказу от экспедиции.
В 1814 году он провёл девять месяцев в экскурсии по Франции, Швейцарии и северной Италии.
Поселившись по возвращении в Хейлсуорте, Саффолк, он стал создавать свой гербарий, который в будущем стал всемирно известен среди ботаников.
В 1816 году была опубликована его первая научная работа — «British Jungermanniae». Она была продолжена в новой редакции «Flora Londinensis» Уильяма Кёртиса, для которой он сделал описательную часть (1817—1828); в описательной части «Plantae cryptogamicae» Александра фон Гумбольдта и Эме Бонплана; в «Muscologia» — очень полном обзоре мхов Великобритании и Ирландии (совместно с Томасом Тейлором, 1818), и в «Musci exotici» (2 тома, 1818—1820), работе, посвящённой новым видам мхов.
В 1820 году он стал профессором ботаники в университете Глазго.
В следующем году он выпустил «Flora Scotica» — труд, в котором естественный метод систематизации британских растений был дан рядом с искусственным.
Вместе с ботаником и литографом из Глазго Томасом Хопкирком он хлопотал о создании Королевского ботанического института и ботанического сада в Глазго.
Благодаря, главным образом, Гукеру ботаников стали привлекать к экспедициям, организуемым правительством. Его гербарий получал крупные и ценные пополнения со всех частей света; его позиции, как ботаника, таким образом, существенно улучшались.
Он стал Рыцарем Ганновера в 1836 году, а в 1841 году (в связи с отставкой Уильяма Айтона) он был назначен директором Королевского ботанического сада в Кью. Под его руководством сад увеличился с 10 до 75 акров (с примерно 40 000 до почти 304 000 м?), с арборетумом в 270 акров (больше 1 км?), были возведены новые оранжереи, был создан музей ботаники. Сад стал при нём крупнейшим центром изучения мировой флоры.
Сын Уильяма, Джозеф Долтон Гукер, также стал известным ботаником. Более того, он заместил покойного отца на месте директора Кью — редкий образец выдающегося сына на месте выдающегося отца.
Кроме того, Гукер деятельно продолжал знаменитое издание по описанию новых и малоизвестных растений Botanical Magazine, основанное Кёртисом в 1787 (38 выпусков, 1827—1865), и сам основал новые журналы The Journal of Botany (4 выпуска, 1830—1842), Companion to the Botanical Magazine (2 выпуска, 1835—1836), The London Journal of Botany (7 выпусков, 1842—1848), Journal of Botany and Kew Garden Miscellany (9 выпусков, 1849—1857).
В алфавитном порядке латинских названий.