Ծնվել է ԱՄՆ-ի Քալիֆորնիա նահանգի Ֆրեզնո քաղաքում, Արևմտյան Հայաստանի Բիթլիս քաղաքից ԱՄՆ գաղթած հայ ընտանիքում։ Չորս տարեկանում զրկվել է հորից, որոշ ժամանակ ապրել է որբանոցում: Այնուհետև մայրը որդուն հանել է որբանոցից և կրթության տվել: Ընտանիքի հոգսն ստիպել է պատանուն թողնել դպրոցը և փողոցներում լրագիր վաճառել, որից հետո դարձել է հեռագրատան ցրիչ: Աշխատանքը նրան չի խանգարել զբաղվելու ընթերցանությամբ, նաև ստեղծագործել է և գրել փոքրիկ պատմվածքներ: Մանկությունն ու պատանեկությունն անց է կացրել հասարակ աշխատավոր մարդկանց, գլխավորապես հայերի, միջավայրում. դրանով էլ պայմանավորվել են նրա նախնական տպավորությունները կյանքից, նրա հայացքները։ Գրողի ձևավորման մեջ մեծ դեր է խաղացել ինքնակրթությունը, ամերիկյան ու համաշխարհային գրականության ընթերցումը և այն, որ նա իր ներաշխարհն է առել իր հարազատ ժողովրդի հոգևոր մշակույթի, ավանդույթների, պատմության տարրերը, ժառանգել հայկական շրջապատի ազգային ինքնատիպությունը։ Գրական գործունեությունն սկսել է 1930-ական թվականներին։ Առաջին անգամ տպագրվել է 1933թ., Բոստոնի հայկական «Հայրենիք» անգլերեն շաբաթաթերթում՝ Սիրակ Գորյան ստորագրությամբ։ Լայն ճանաչում է ձեռք բերել «Խիզախ պատանին թռչող ճոճաձողի վրա և այլ պատմվածքներ» (1934թ.) առաջին գրքով, որը 1930-ական թթ նշանակալի երևույթ է դարձել բուրժուական հասարակարգի խիստ քննադատության ոգով ներթափանցված ամերիկյան գրականության մեջ: Գրական կյանքի առաջին տասնամյակում գրել է մի քանի հարյուր պատմվածք, որոնց մեծ մասն ամփոփված է տասից ավելի ժողովածուներում («Փոքրիկ երեխաներ», 1937թ., «Ողջույն քեզ, սեր», 1933թ., «Անունս Արամ է», 1940թ., «Սիրելիս», 1941թ.)։ Հետագայում հրատարակվել են նաև «Ասորին» (1949թ.), «The Whole Voyald...» (1956թ.) ժողովածուները։ Հանդես է եկել որպես Ու.Ուիտմենի և Մ.Տվենի դեմոկրատական գեղարվեստական ավանդույթների յուրօրինակ շարունակող։ Ինչպես և իր մեծ ժամանակակիցները (Ֆոլկներ, Հեմինգուեյ, Վուլֆ և ուրիշներ), ստեղծագործաբար յուրացնելով Շ.Անդերսոնի ռեալիստական արձակի նորարարական փորձը, նա հատկապես կարճ պատմվածքի, նովելի ժանրում ներմուծել է տեղի ու ժամանակի իրողության հետ սերտորեն կապված սոցիալ-հոգեբանական թարմ թեմատիկա, այժմեական հնչողություն ունեցող հումանիստական բարոյական մոտիվներ, պատումի նոր, անկաշկանդ ձևեր, քնարականությամբ ու հումորով լի հնչերանգներ, բնականություն և ճշմարտացիություն, պատկերների ու կերպարների գունագեղություն։ Գրողին բնորոշ է մարդուն որպես եղբոր հասկանալու և ներկայացնելու անկեղծ ձգտումը։ Հեղինակն ընթերցողի հետ խոսում է պարզ ու մատչելի լեզվով, իր իսկ բնորոշմամբ՝ «մարդկային սրտի համընդհանուր լեզվով, որը հավերժական է և նույնն է բոլորի համար աշխարհում»։ Անկեղծություն, հստակություն, պարզություն՝ ոճական այս առինքնող հատկություններով է աչքի ընկնում նրա ստեղծագործությունը այն ընդհանուր գրական ֆոնի վրա, որին բնորոշ էին մի կողմից՝ խնդիրներով ու գեղարվեստական կառուցվածքով բարդ երևույթներ, մյուս կողմից՝ անարյուն մոդեռնիստական հնարանքներ։ Ճշմարտացիորեն վերստեղծել է հասարակ մարդկանց առօրյա կյանքից քաղված դրվագներ՝ հասնելով գեղարվեստական մեծ արտահայտչականության և ընդհանրացումների։ Առավելագույնս օգոագործել է կենսագրականորեն իրեն հարազատ նյութը, նրա շատ գրական կերպարներ ներկայացնում են հայկական միջավայրը՝ իր ազգային ավանդույթներով ու բարքերով, «հին հայրենիքի» հիշողությամբ։ «Հին հայրենիքի» մոտիվը, ինչպես և նրա դարավոր ավանդույթները պահպանող մարդկանց ինքնատիպ կերպարները հակադրվում են ամերիկյան ապրելակերպի համահարթեցնող ստանդարտներին, սոցիալական ու բարոյական թերարժեք նորմաներին։ Իրականության հետ նույնպիսի հարաբերության մեջ են «տարօրինակ» ու ձախորդ մարդկանց սարոյանական կերպարները և, հատկապես, մանուկների ու պատանիների տպավորիչ կերպարները։ Դրանք ամերիկյան գրականության մեջ են մտել որպես հոգու մաքրության խորհրդանշան, որպես գրողի մարդասիրական աշխարհազգացողության արտահայտիչներ։ Կյանքում իր տեղի ու կոչման համար մարդու որոնումները, աններդաշնակ հասարակության մեջ նրա թշվառության ու մենակության դրաման, բիրտ պրակտիցիզմի, առուծախի ոգու նկատմամբ ծաղրը, իրականության ու երազանքի հակադրությունը, անհատի ներքին ազատությունն ու արժանապատվությունը, մարդկային զգացմունքների գեղեցկությունը, սիրո և բարու, մարդկանց փոխըմբռնման ու համերաշխության հաստատումը, այս մոտիվներն են մարմնավորված գրողի վիպակներում ու վեպերում, դրանք հետաքրքիր գեղարվեստական լուծում են ստացել նաև նրա դրամատուրգիայում։ Նրա լավագույն դրամատիկական գործերից են «Իմ սիրտը լեռներում է» (բեմադրվել է 1939թ., հայկական բեմում՝ 1961թ., ֆիլմը՝ 1976թ.), «Կյանքիդ ժամանակը» (բեմադրվել է 1939թ., հայկական բեմում՝ 1981թ.), «Քարանձավի մարդիկ» (բեմադրվել է 1957թ.), «Հե՜յ, ով կա այդտեղ» (բեմադրվել է 1942թ., հայկական հեռուստաֆիլմ՝ 1981թ.), «Մանկանց կոտորածը» (1982թ.), «Խաղողի այգին» (հայկական բեմում՝ 1971թ.) պիեսները։ 1942թ. զորակոչվել է բանակ, աշխատել զինվորական սցենարների ստեղծման վրա, սկզբում՝ ԱՄՆ–ում, ապա, ավելի քան մեկ տարի, Լոնդոնում։ Գրողը պատերազմը ընկալել է որպես զարհուրելի աղետ մարդկության համար, այդ թեման արտացոլել «Մարդկային կատակերգություն» (1942թ., հայերեն՝ 1959թ.) վիպակում և «Վեսլի Ջեկսոնի արկածները» (1946թ., հայերեն՝ 1965թ.) վեպում։ 1939թ. «Կյանքիդ ժամանակը» պիեսի համար արժանացել է Նյու Յորքի քննադատների և Պուլիցերյան մրցանակների, բայց 10 հազար ամերիկյան դոլար մրցանակից հրաժարվել է, պատճառաբանելով, որ պետությունը չպետք է խառնվի գրականության գործերին: 1944թ. «Մարդկային կատակերգություն» ֆիլմի սցենարի համար արժանացել է ամերիկյան կինոակադեմիայի «Օսկար» մրցանակի: 1950-60-ական թթ երկար ժամանակ ապրել է Եվրոպայում (գերազանցապես՝ Փարիզում), ապա նորից հաստատվել ԱՄՆ–ում։ Այդ տարիներին ինքնակենսագրական նյութի օգտագործումով ստեղծել է հոգեբանական վիպակների շարք («Ինչժ-որ ծիծաղելի բան», 1953թ., «Հայրիկ, դու խենթ ես», 1956թ., «Մայրիկ, ես սիրում եմ քեզ», 1957թ., «Տղաներ և աղջիկներ», 1963թ., «Մեկ օր ետկեսօրյա աշխարհում», 1964թ. և այլն)։ 1960-ական թվականներից սկսած գլխավորապես գրել է քնարական-ինքնակենսագրական, հուշագրական ժանրի գործեր («Ահա եկավ, ահա գնաց, ինքներդ գիտեք ով», 1961թ., «Չմեռնել», 1963թ., «Նամակներ Թեյբու փողոցի 74 համարից», 1969թ., «Վայրեր, որտեղ ես եղել եմ», 1972թ., «Պատահական հանդիպումներ», 1977թ.), որոնցից հատկապես ուշագրավ են նրա անձամբ ճանաչած գրողներին, արվեստի մարդկանց (Բ.Շոու, Չ.Չապլին, Պ.Պիկասսո, Թ.Էլիոտ, Սենդբերգ, Ջ.Սթայնբեք, Ե.Չարենց և ուրիշներ) նվիրված էջերը, հեղինակի մտորումներն ու դատողությունները գրականության, արվեստի դերի և կոչման, սկզբունքների ու խնդիրների վերաբերյալ։ Գրականության և արվեստի բարձրագույն կոչումը նա տեսել է աշխարհը ավելի լավ դարձնելու, մարդկանց միասնությանը և երջանկությանը ծառայելու մեջ։ Անգլոամերիկյան գրական մամուլը միշտ արձագանքել է գրողի ստեղծագործություններին, տպագրել դրանց նվիրված հոդվածներ ու գրախոսություններ։ Գրողի երկերը ճանաչում են գտել ամբողջ աշխարհում, թարգմանվել շատ լեզուներով։ 1935թ. առաջին անգամ այցելել է Հայաստան։ Այնուհետև այցելել է 1960թ., 1976թ., 1978թ.։ Մեծ հետաքրքրություն է ցուցաբերել հանրապետության կյանքի ու մշակույթի նկատմամբ, հպարտացել նրա նվաճումներով։ Հետմահու արժանացել է Հայաստանում սահմանված «Խաղաղության պահպանման և հայրենիքի հետ կապերի ամրապնդման ուղղությամբ ակտիվ գործունեության համար» մրցանակի։ Մահից առաջ կտակել է, որ իր աճյունի մի մասը թաղվի հայրենի հողում: Մահացել է Ֆրեզնոյում, աճյունի մի մասը թաղված է Երևանի Կոմիտասի անվան զբոսայգու պանթեոնում: Վիլյամ Սարոյանի անունով Երևանում կոչել են փողոց, դպրոց և համալսարան, կանգնեցվել է գրողի հուշարձանը (2009թ., հեղինակ՝ Դավիթ Երևանցի): 2008թ. գրողի ծննդյան 100-ամյակի առթիվ ՀՀ-ում հայտարարվել է «Սարոյանական տարի»: