Prins William Frederick werd geboren op 15 januari 1776 in het Teodoli Paleis aan de Via del Corso in Rome. Zijn vader was prins Willem Hendrik van Gloucester, hertog van Gloucester en Edinburgh. Deze was de tweede zoon van Frederik, prins van Wales en prinses Augusta van Saksen-Gotha, prinses van Wales. Zijn moeder was Maria Walpole, een natuurlijke dochter van Edward Walpole en Dorothy Clements. Maria was een kleindochter van Robert Walpole, de eerste minister van Groot-Brittannië van 1721 tot 1742.
In 1787 werd Willem toegelaten tot Trinity College van de Universiteit van Cambridge waar hij in 1790 zijn MA behaalde. Tijdens een verblijf in Zweden van 1802-1803 zou hij een affaire gehad hebben met Aurora Koskull, een hofdame van de Zweedse koningin Frederika, met wie hij trouwplannen gehad zou hebben.
Op 25 augustus1805 stierf William Frederick's vader, waardoor hij de titel 'hertog van Gloucester en Edinburgh' ontving, en graaf van Connaught werd. Van 1811 tot aan zijn dood was hij 'chancellor' van de Universiteit van Cambridge. In 1812 werd hij door de Zweedse adel gevraagd als koning voor Zweden, maar daarvoor kreeg hij geen toestemming van de Britse regering.
Hij woonde samen met zijn vrouw in Bagshot Park in Surrey. Uit dit huwelijk werden geen kinderen geboren. Toen William Frederick en Mary in het huwelijk traden waren zij beiden 40 jaar oud. Eigenlijk was het oorspronkelijke idee dat William Frederick ongehuwd zou blijven. Mocht er dan geen buitenlandse echtgenoot gevonden worden voor prinses Charlotte Augusta van Wales dan kon hij met haar trouwen. Prinses Charlotte was de enige dochter van prins George, de oudste zoon van koning George III. Maar tien weken voor het huwelijk van William Frederick en Mary huwde Charlotte met prins Leopold van Saksen-Coburg-Saalfeld, de latere koning Leopold I van België.
Latere leven en dood
Prins William Frederick had geen grote interesse in politiek. Toch trad hij toe tot het Hogerhuis. Hij was een groot voorstander van de afschaffing van de slavernij. Ook steunde hij koningin Caroline en Prins Augustus Frederik, de hertog van Sussex tegen koning George IV.
Hertog William Frederick stierf op 30 november1834 en hij werd bijgezet in St. George's Chapel te Windsor Castle. Zijn weduwe, Prinses Mary, stierf op 30 april1857. Hij was de laatste met de titel 'Hertog van Gloucester en Edinburgh', welke speciaal voor zijn vader gecreëerd was.