Willem Frederik werd geboren te 's-Gravenhage als de oudste zoon van Stadhouder Willem V en prinses Wilhelmina van Pruisen, nicht van Frederik II van Pruisen. Hij stond tot zijn koningschap bekend als Willem VI.

Willem Frederik zelf huwde in 1791 Wilhelmina van Pruisen, zuster van Frederik Willem III, koning van Pruisen. In 1792 werd Willem (de latere Koning Willem II) geboren, gevolgd door Frederik. Voorts kreeg hij nog enkele dochters.

In 1795 vocht hij als erfstadhouder in het Staatse leger tegen de Franse invallers. Toen de Fransen echter waren opgerukt ging hij met zijn vader in ballingschap. De energieke Willem lag vaak overhoop met zijn pessimistische, defaitistische vader, die zich had neergelegd bij het feit dat de politieke rol van de Oranjes uitgespeeld was.

Willem wilde wel politieke macht en leunde bij Napoleon aan en het lukte hem enkele vorstendommen in Duitsland onder controle te krijgen. Dit tot ongenoegen van zijn vader, die vond dat "gestolen" goed niet gedijde (het gebied was namelijk afgenomen van de rechtmatige heerser). Willem V zou achteraf gelijk krijgen. Toen Duitsland door Napoleon onder de voet werd gelopen verloor Willem zijn territorium.

In 1806 werd hij na de dood van zijn vader hoofd van de Oranje-dynastie. In de resterende tijd van zijn ballingschap vertoefde Willem veel aan het Pruisische hof in Berlijn. Nadat de reactionaire troepen oprukten tot Noordwest-Duitsland vertrokken de Fransen uit Nederland en er brak een volksopstand uit. De voorlopige regering (nota bene bestaande uit patriotten) besloot Willem terug naar Nederland te halen om het bestuur aan hem over te dragen. Op 2 december 1813 landde hij in Scheveningen onder een luid "Oranje Boven". De bescheiden Willem besloot de macht aan te nemen onder de titel 'Souverein Vorst' en onder een grondwet die in 1814 klaar was.

In 1815 keerde Napoleon kortstondig terug en aan Willem werd België als toezegging gedaan. Op 16 maart 1815 nam hij de titel Koning der Nederlanden aan. Een nieuwe grondwet werd opgesteld (die is op de herziening van 1848 na tot op vandaag geldig). Het Zuiden werd verplicht een huwelijk aan te gaan met het Noorden. Willem was tevreden met de machtsuitbreiding maar zijn onderdanen, zowel in Noord als Zuid, stonden niet te popelen.

Willem wilde als verlicht despoot de hervormingen uit de Franse Tijd handhaven. Ook was Willem een grote economische ondernemer, die veel investeringen deed in de Belgische industrie, die dankzij hem opbloeide. Ook was Willem verdienstelijk voor de Waterstaat. Nieuwe kanalen en straatwegen werden in zijn opdracht aanlegd. Willem was de eerste kapitalistische heerser van Europa, die met enigszins moderne methoden de inkomsten wilde vergroten. Ook maakte hij werk van de invoering van het metrische systeem. Dit duidde op een centralisatiepolitiek. Hij wilde van het Verenigd Koninkrijk der Nederlanden een eenheidsstaat maken. Vooral op godsdienstig en taalkundig gebied ondervonden de hervormingen weerstand. In Vlaanderen werd Nederlands de officiële taal, tot ongenoegen van de Franse burgerij. Ook de staatscontrole op de katholieke seminaries kwam hem op verzet te staan. De katholieken wilden zich niet onderwerpen aan deze protestantse vorst.

Toen op 27 augustus 1830 een nationalistische opera in Brussel werd opgevoerd ('La muette de Portici'), brak de Belgische Revolutie uit, die uitmondde in een onafhankelijk België.

Willem stuurde zijn oudste zoon in 1831 op veldtocht naar Brussel om daar met geweld de orde te herstellen. Deze Tiendaagse Veldtocht werd een fiasco omdat de kroonprins zich tot onderhandelingen liet verleiden. Toen Willem de steun van de grootmachten verloor bleef hij zich koppig tegen vrede verzetten. Dit maakte de staat bankroet en zijn reputatie als financieel genie kreeg enkele lelijke krassen. Willem moest in 1839 gedwongen vrede sluiten met de jonge Belgische staat. De afscheiding vereiste een grondwetswijziging, waarbij ook de strafrechtelijke verantwoording voor de Koning werd ingevoerd (1840). Deze inperking van 's Konings macht was echter onbeduidend, maar Willem vond dit al te ver gaan.

Dit en de Belgische afscheiding waren de voornaamste redenen voor Willem om op 7 oktober 1840 troonsafstand te doen ten gunste van zijn zoon die daarna als Koning Willem II de troon besteeg. Willem was al impopulair maar werd nog impopulairder toen hij in 1841 trouwde met de katholieke Belgische jonkvrouw Henriëtte d'Oultremont. Hierop trok hij zichzelf terug in Berlijn, waar hij in 1843 op 71 jarige leeftijd overleed.