William Henry Bragg blev født i Westward, Cumberland, den 2. juli 1862. Han blev uddannet på Market Harborough Grammar School og derefter på King William’s College, Isle of Man. I 1881 blev han valgt som minor scholar på Trinity College, Cambridge, hvor han studerede matematik under den kendte lærer Dr. E. J. Routh. Han blev tredjepræsident i den matematiske tripos, del I, i juni 1884 og blev placeret i første klasse i del II i den følgende januar. Han studerede fysik i Cavendish Laboratory i en del af 1885 og blev i slutningen af samme år valgt til professor i matematik og fysik på universitetet i Adelaide, Sydaustralien. Efterfølgende blev han successivt Cavendish-professor i fysik i Leeds (1909-1915), Quain-professor i fysik ved University College London (1915-1925) og Fullerian-professor i kemi ved Royal Institution.
Hans forskningsinteresser omfattede mange forskellige emner, og han var dygtig til at tage et emne op, næsten tilfældigt, yde et vigtigt bidrag og derefter droppe det igen. Braggs og hans søn Lawrence’ arbejde i 1913-1914 grundlagde imidlertid en ny videnskabsgren af største vigtighed og betydning, nemlig analysen af krystalstruktur ved hjælp af røntgenstråler. Hvis den grundlæggende opdagelse af røntgenstrålernes bølgeaspekt, som det fremgår af deres diffraktion i krystaller, skyldtes von Laue og hans medarbejdere, er det lige så sandt, at brugen af røntgenstråler som et instrument til systematisk afsløring af den måde, hvorpå krystaller er opbygget, udelukkende skyldes Braggs. Dette blev anerkendt ved tildelingen af Nobelprisen i fællesskab til far og søn i 1915.
Under Første Verdenskrig blev Bragg sat til at stå for forskning i detektion og måling af undervandslyde i forbindelse med lokalisering af ubåde. Det var sandsynligvis som en anerkendelse af hans arbejde samt af hans videnskabelige udmærkelse, at Bragg blev udnævnt til C.B.E. i 1917 og blev slået til ridder i 1920. I 1931 fulgte Order of Merit. Efter at have været Fellow siden 1907 blev han valgt til præsident for Royal Society i 1935.
Han var æresdoktor ved ca. 16 universiteter og medlem af de førende udenlandske selskaber. Mange andre medaljer og priser blev tildelt ham, blandt hvilke kan nævnes Rumford Medaljen i 1916 og Copley Medaljen (dens vigtigste pris) i 1930.
Han var forfatter til mange bøger, herunder Studies in Radioactivity; X-Rays and Crystal Structure; The World of Sound; Concerning the Nature of Things; Old Trades and New Knowledge; An Introduction to Crystal Analysis, og The Universe of Light. Hans foretrukne fritidsbeskæftigelse var golf.
I 1889 giftede han sig med Gwendoline Todd, datter af Sir Charles Todd, F.R.S., generalpostmester og statsastronom i Sydaustralien. Deres søn William Lawrence Bragg delte Nobelprisen med sin far.
Efter et liv med en forbløffende produktivitet døde Sir William Bragg den 10. marts 1942.