วิลเลี่ยม ฮาร์วี่เกิดเมื่อวันที่ 1 เมษายน ค.ศ. 1578 ที่เมืองฟอล์คสโตน ประเทศอังกฤษ ในครอบครัวที่ร่ำรวย บิดาของเขาเป็นนายกเทศมนตรีของเมืองชื่อว่า โทมัส ฮาร์วี่ (Thomas Harvey) ในวัยเยาว์วิลเลี่ยมได้มีโอกาสรับการศึกษาที่ดีจากโรงเรียนแคนเทอเบอรี่ แกรมมา สกูล (Canterbury Gramma School) ซึ่งเป็นโรงเรียนมัธยมที่มีชื่อเสียงของอังกฤษ จากนั้นเขาได้ศึกษาวิชาแพทย์ในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (Cambridge University) หลังจากจบวิชาแพทย์ในปี ค.ศ. 1597 วิลเลี่ยมได้เข้าเรียนต่อในระดับปริญญาโท ที่มหาวิทยาลัยปาดัว (Padua University) ประเทศอิตาลี

ระหว่างที่เขาศึกษาอยู่ในมหาวิทยาลัยปาดัว เขามีโอกาสได้พบกับศาสตราจารย์ ฮีโรนิมุส เฟบริซิอุส (Heronimus Fabrisius) ผู้ซึ่งมีส่วนสำคัญที่ทำให้วิลเลี่ยมค้นพบระบบการไหลเวียนโลหิต หลังจากที่จบการศึกษาจากมหาวิทยาลัยดาปัวเขาได้เข้าทำงานเป็นแพทย์ประจำอยู่ที่โรงพยาบาลเซนต์บาร์โทโลมิวกรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษ ต่อมาในปี ค.ศ.1607 เขาถูกเชิญให้เป็นสมาชิกของแพทย์สภาและในปีค.ศ. 1618 ได้รับตำแหน่งแพทย์ประจำพระองค์ของสมเด็จพระเจ้าเจมส์ที่ 1 แห่งอังกฤษ และสมเด็จพระเจ้าชาร์ลส์ที่ 1 แห่งอังกฤษ โดยระหว่างนั้น วิลเลี่ยมได้ศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับระบบการไหลเวียนโลหิต ซึ่งใช้เวลาค้นคว้านานกว่า 10 ปี จากผู้ป่วยมากกว่า 100 คน จนกระทั่งพบระบบการไหลเวียนโลหิตที่ถูกต้อง