Родился в городе Конвей, штат Южная Каролина. В 13 лет, втайне от матери, купил себе набор книг писателей бит-поколения — Джека Керуака, Уильяма Берроуза и других, которые значительно повлияли на его представления о литературе и жизни. Учился в местной школе с баскетбольным уклоном, хотя сам проводил все время в своей комнате за чтением. Был робким, неуклюжим подростком. В 15 лет поехал учиться в частную школу в Аризоне.
После смерти матери, когда ему было 18 лет, эту школу Гибсон бросил и уехал в путешествия по Калифорнии и Европе. В 1967 году он переезжает в канадский город Торонто — по его словам, он уехал из США, чтобы избежать призыва на вьетнамскую войну. В 1972 году он женился и обосновался в Ванкувере (тихоокеанское побережье Канады), где и начал писать фантастику. Поняв, что проще рассчитывать на стипендию, чем работать, поступает в университет Британской Колумбии, и в 1977 году получает степень бакалавра, специализируясь на английской литературе.
В университете Гибсон посещал курс по научной фантастике; в это время он пишет свой первый рассказ «Осколки голографической розы». В конце 1980-х Гибсон познакомился с творчеством Виктора Цоя и работал с Рашидом Нугмановым над сценарием фильма, в котором главная роль отводилась знаменитому музыканту, но гибель последнего не позволила этому проекту состояться.
Ранние произведения Гибсона в основном представляют собой футуристические рассказы, повествующие о проникновении кибернетики в жизнь людей и о влиянии киберпространства (реальности, созданной компьютером) на человечество. Гибсону принадлежит авторство понятия «киберпространство» (англ. «cyberspace»), он впервые в литературе описал виртуальную реальность. При этом ему не нравится, когда его произведения называют киберпанком.
При остром сюжете насыщает произведения описаниями множества гаджетов, но считал, что внешние атрибуты — не главное. Считал, что литературное образование, которое он получил, является «только кошмарным грузом теории». Движущей силой глобализации видел деятельность транснациональных мегакорпораций, дзайбацу. При этом, мир будущего в описании Гибсона — не слишком приятное место. Жизнь общества в нём полностью подчинена интересам враждующих корпораций.
Написав несколько романов, где Япония занимает значительную часть повествования, сам в тот момент в Японии не бывал. Например, Тиба в «Нейроманте» — это фантазия на темы американского Детройта, перенесённая в Японию. «Детройтом ведь никто не гордится — это просто грязная, отвратительная окраина», — говорит он. Таков и мир, описываемый Гибсоном в общем. Много писал о Японии потому, что общался с японцами-туристами, приезжающими в Ванкувер на отдых, и их рассказы о совсем другой культуре его интересовали.
Сам Гибсон считает жанр научной фантастики только инструментом, с помощью которого он может сделать что-то новое в литературе. А от ярлыка «изобретателя киберпанковского движения» он открещивается, поскольку считает, что навешивание ярлыков несёт смерть жанру. «Думаю, что ярлык запутает менее известных авторов, которые попытаются этим заниматься. Будет немало боевиков с мордобоем. Появится множество поделок о парнях с ирокезами, севших за компьютер. „Киберпанк“ бьёт мимо цели» — говорит он в интервью в 1986 году. «Когда рассказ („Красная звезда, орбита зимы“) был опубликован, мы еще даже не думали о подобных терминах» — высказывается Гибсон о термине «киберпанк» в том же интервью (под «мы» он подразумевает своего друга и соавтора Стерлинга).
В произведениях последнего цикла («Распознавание образов», «Страна призраков») Гибсон отошёл от описания традиционного для начала «киберпанка» мира. В этих произведениях описание смещается в современное время (например, в задуманном в 2006 году романе «Страна призраков» действие происходит в 2006 году, частично в Ванкувере, где живёт сам Гибсон), пропадают герои-кибержокеи, отсутствуют биоимплантаты и другие явные признаки стиля. Описанные ранее «фантастические» вещи уже незаметно вошли в обыденную жизнь людей.