Виллем Менгельберг был четвёртый из пятнадцати детей в семье голландско-немецкого скульптора Фридриха Вильгельма Менгельберга. Начальное музыкальное образование он получил в Утрехте у композитора и дирижёра Рихарда Хола, композитора Антона Аверкампа и скрипача Генри Вильгельма Петри. Достигнув определённого мастерства в исполнении на фортепиано и органе, был направлен в Кёльнскую консерваторию, где обучался у Изидора Зайсса (фортепиано) и Франца Вюльнера (дирижирование), изучая также орган, сольное пение и композицию.
Окончив консерваторию в 1891 году с первыми премиями по дирижированию, фортепиано и композиции, Менгельберг был назначен генеральным музикдиректором в Люцерне[2]: он дирижировал оркестром и хором, был директором музыкальной школы, преподавал фортепиано и занимался сочинением музыки. В 1895 году по рекомендации Вюльнера получил место руководителя оркестра Консертгебау в Амстердаме. На последнем концерте своего предшественника, Виллема Кеса, Менгельберг выступил как солист в Первом фортепианном концерте Листа, а вскоре сам встал за пульт, продирижировав Пятой симфониейБетховена. Бессменно руководя оркестром в течение пятидесяти лет, Менгельберг сделал из него коллектив высочайшего класса, вошедший в число ведущих мировых оркестров, и сыграл с ним немало знаменательных премьер, например симфоническую поэму «Жизнь героя» Р. Штрауса (1898, посвящена Менгельбергу и оркестру), Второй скрипичный концерт Бартока (1939, с З. Секеем) и «Вариации к венгерской народной песне „Павлин“» З. Кодая (1939).
Менгельберг заложил в оркестре традицию исполнения музыки Густава Малера, с которым познакомился и подружился в 1902 году. Через год он пригласил Малера продирижировать в Амстердаме его Третьей симфонией, а в 1904 году посвятил его творчеству цикл концертов, причем Четвёртая симфония в одном из концертов прозвучала дважды — в исполнении Менгельберга и под управлением автора[3] Такую необычную программу, возможно, придуманную Менгельбергом, композитор в письме к жене назвал гениальной. Тесно сотрудничая с Консертгебау, Малер редактировал некоторые свои симфонии в процессе их репетиций с оркестром, корректируя звучание в соответствии с акустикой зала Консертгебау. В 1920 году Менгельберг провёл Малеровский фестиваль, на котором в течение девяти концертов были исполнены все сочинения композитора.
Будучи знакомым со многими современными ему композиторами, Менгельберг активно пропагандировал их сочинения, часто исполняя их в своих концертах, однако это почти не касалось музыки нидерландских композиторов, за что дирижёр был подвергнут критике.
В 1920 году Менгельберг учредил Фестиваль музыки Малера, на котором вся музыка композитора исполнялась в девяти концертах[4].
Фред Гольдбек описывал Менгельберга как «идеального диктатора / дирижера, Наполеона оркестра». В последующие годы его поведение стало экстремальным[5].
В 1928 году Менгельберг получил почётную степень Колумбийского университета, а в 1934 стал профессором музыки в университете Утрехта.
Самые противоречивые аспекты биографии Менгельберга — его поведение и действия во время нацистской оккупации Нидерландов в 1940—1945 гг. В интервью нацистской газете Менгельберг заявил, что, услышав о сдаче Нидерландов немцам, поднял за это бокал шампанского. Во время войны дирижёр давал концерты в Германии и оккупированных странах и фотографировался с деятелями нацизма, например с А. Зейсс-Инквартом. В 1945 году Почётный музыкальный совет Нидерландов наложил пожизненный запрет на выступления Менгельберга на территории страны. В 1947 году, рассмотрев апелляцию, Совет сократил срок запрета до шести лет; в том же году королева Вильгельмина лишила дирижёра Почётной золотой медали. В 1949 году Амстердамский городской совет лишил Менгельберга пенсии, которую он получал за свои заслуги перед оркестром. Менгельберг уехал в Швейцарию, где и умер за два месяца до официального снятия запрета.
