Wilhelm Furtwängler wurde 1886 als Sohn des Professors für Archäologie Adolf Furtwängler und dessen Frau Adelheid (geb. Wendt) in Berlin geboren.
Als Schüler besuchte er das humanistische Gymnasium in München und begeisterte sich für Musik. Ab 1899 erhielt er Privatunterricht in Tonsatz, Komposition und Klavier. Seine ersten Engagements führten ihn nach Zürich, München, Straßburg und Lübeck.
Nach Engagements am Stadttheater in Straßburg, beim Verein der Musikfreunde in Lübeck und am Mannheimer Hoftheater übernahm er 1920 die Leitung der Museumskonzerte in Frankfurt am Main und folgte im selben Jahr Richard Strauss als Dirigent des Orchesters der Berliner Staatsoper.
Zwei Jahre später (1922) löste er Arthur Nikisch  als Leiter der Berliner Philharmoniker und des Gewandhausorchesters Leipzig ab. 1925 bis 1927 trat Wilhelm Furtwängler als Gastdirigent mit dem New York Philharmonic Orchestra auf. Um 1928 zusätzlich zu den Berliner Philharmonikern die Wiener Philharmoniker übernehmen zu können, gab er die Leitung des Gewandhausorchesters ab.
1931 übernahm er dann die Gesamtleitung der Richard-Wagner-Festspiele  in Bayreuth.
Wegen seines internationalen Anrufes als kulturellen Aushängeschildes ernannten die Nazis ihn 1933 zum Leiter der Berliner Staatsoper und zum Vizepräsidenten der Reichsmusikkammer .
Weil Furtwängler das Aufführungsverbot für Hindemiths  "Mathis der Maler" nicht akzeptieren wollte, trat er 1934 als Leiter der Staatsoper und der Berliner Philharmoniker zurück.
1936 akzeptierte er das Angebot von Toscaninis die Leitung New Yorker Philharmoniker zu übernehmen und schließ gleichzeitig einen Gastspielvertrag mit der Berliner Staatsoper ab. Während einer Ägypten-Reise verbreitete die Falschmeldung, Furtwängler habe die Leitung der Berliner Oper verbindlich zugesagt. Deswegen löste jedoch Proteste in New York aus, so dass Furtwängler es absagte.
Stattdessen leitete Furtwängler bis 1945 die Berliner und ab 1939 auch noch die Wiener Philharmoniker.
Im Jahr 1937 trat der Dirigent bei den Bayreuther Festspielen  auf.
1938 hatte er die Leitung in Wiener Staatsoper an ‚Führers Geburtstag’ sowie beim Reichsparteitag in Nürnberg.
1939 wurde er Hauptdirigenten der Wiener Philharmonika ernannt.
Während eines Gastspiels 1940 in Kopenhagen erlebte er die deutsche Besatzung Dänemarks.
1943 ging er mit einem gefälschten Attest um, einen Auftritt zu Hitlers Geburtstag. Ab Mai fing er die Nordeuropa Tournee mit Wiener Philharmonikern an.
1945 (nach dem zweiten Weltkrieg) machte er mit seiner Familie eine Reise in die Schweiz, aber dort gab es Proteste gegen seine Konzerte. Später übersiedelte er mit seiner zweiten Ehefrau Elisabeth nach Clarens am Genfer See.
In diesem Jahr erhielt er von den Amerikanischen Besatzungsbehörden zunächst Dirigierverbot.
Im Februar 1946 begann die Entnazifizierung in Wien und im Dezember stand er vor dem Berliner Entnazifizierungsausschuss für Kunstschaffende, d.h "entnazifiziert".
1951 eröffnete er mit der 9. Sinfonie von Ludwig van Beethoven die ersten Bayreuther Festspiele nach dem Zweiten Weltkrieg. Es dauerte sieben Jahre, bis Furtwängler 1952 wieder die Leitung der Berliner Philharmoniker übernahm und gleichzeitig als deren Chefdirigent auf Lebenszeit geehrt wurde.
Wilhelm Furtwängler starb am 30. November 1954 in Baden-Baden.