Гамільтон був четвертим сином лордаАрчібальда Гамільтона, губернатораЯмайки. В дитинстві виховувався разом з королем Георгом III як його молочний брат. Як і належить молодим людям його стану, Вільям Гамільтон рано вступив на службу в британську армію і прослужив у ній з 1747 р. до 1758 р. Гамільтон звільнився з армії, одружившись з Кетрін Барлоу, донькою члена парламенту Г'ю Барлоу. Шлюб був бездітним. Кетрін померла 25 серпня 1782.
У 1786 році Вільям Гамільтон познайомився з коханкою свого племінника Еммою Лайон. Гамільтон був зачарований цією жінкою, яка могла заробляти собі на життя еротичними танцями. Про свої візити до дому Гамільтона, де Емма давала свої вистави, Гете розповідає у своїй «Подорожі до Італії». 1791 року сер Гамільтон одружився з 26-річною Еммою, чим викликав у суспільстві великий скандал. Емма Гамільтон згодом стала коханкою Гораціо Нельсона.