Hans malerier er preget av mange detaljer og nøyaktig teknikk, som resulterer i malerier med høy kvalitet og mye realisme. Han jobbet hovedsakelig innen mytologiske, allegoriske, historiske og religiøse emner; ofte bilder av nakne mennesker og bondejenter.
Han jobbet sammen med faren innen vin- og olivenoljeindustrien i Bordeaux. Hans første tegninger som kunstner var etiketter på matvarer de solgte. I 1846 begynte han på School of Fine Arts og var elev av François-Édouard Picot. På skolen ble Bouguereau perfeksjonert i akademisk kunst. Sener flyttet han til Villa Medici i Roma, Italia. Der han samtidig tok formelle undervisningstimer, fikk han også studert renessansekunsterne og deres fremste verker. Spesielt gjorde freskomaleren Rafael et sterkt inntrykk på ham.[1] Under sitt opphold i Italia reiste han til forskjellige italienske byer og steder, hvor han ble kjent med den italienske underklassen.
I 1854 reiste han tilbake til Paris, og rundt denne tiden var han meget vellykket som kunstner å hadde en respektabel inntekt ved å selge malerier. I tillegg til kommisjoner, avbildet han komplekse og mytologiske motiver som han konkurrerte med i kunstkonkurranser. På et senere tidspunkt endret han motiver til enklere modeller, for eksempel med motiver av enkle bønder. Disse maleriene ble han veldig berømt og rik for. I tillegg til Frankrike var han i sin levetid også kjent i USA og England. Dette førte blant annet til et stort antall amerikanske kunstnere flyttet til Paris for å studere under Bouguerau.
I 1856 giftet han seg og fikk tre sønner og to døtre. Men bare en av døtrene overlevde, og selv hans kone døde, i en barneseng. I 1879 forlovet han seg med en av hans amerikanske kunstnerstudenter, Elizabeth Jane Gardner. Imidlertid giftet de seg først 17 år senere, ettersom Williams mor og datter stritter imot ekteskapet. Etter Williams mors død ble William og Elizabeth gift, og de var gift livet ut. Han døde i en alder av 79 på grunn av hjerteproblemer.[2]
Ved begynnelsen av det 20. århundre hadde Bouguereau og hans kunst mistet sin tiltrekning og interesse fra publikum, da den generelle interessen på malerikunsten hadde endret seg. Men på 1980-tallet gjenoppstod interessen for figurativ kunst, noe som førte til en gjenoppdagelse av Bouguereau og hans verk.[3] I sitt liv gjennomførte han 822 fullførte malerier. Imidlertid har mange malerier siden fått en ukjent skjebne.[4]