رونتگن در 27 مارس 1845 در لنپ آلمان متولد شد. وقتی سه ساله بود خانواده‌ی او به هلند نقل مکان کردند. جایی که او به یک مدرسه‌ي شبانه‌روزی می‌رفت. گرچه مهارت‌هایی در ساخت ابزار مکانیکی داشت، اما استعداد خاصی از خود نشان نمی‌داد؛ به طبیعت عشق می ورزید و به پرسه زدن در فضای باز و جنگل‌ها علاقه داشت.

در سال 1862 وارد یک مدرسه فنی در اوترخت شد، اما به‌طور ناعادلانه‌ای از آنجا اخراج شد. او متهم به کشیدن کاریکاتور یکی از معلمان شد که در واقع توسط شخص دیگری انجام شده بود. در سال 1865 برای تحصیل در رشته فیزیک وارد دانشگاه اوترخت شد. پس از کسب شایستگی‌های مورد نیاز برای یک دانشجوی معمولی، و با شنیدن اینکه می‌تواند با قبولی در آزمون، وارد پلی تکنیک زوریخ شود، به عنوان دانشجوی مهندسی مکانیک در آنجا شروع به تحصیل کرد. او در سخنرانی‌های کلاوزیوس شرکت می‌کرد و همچنین در آزمایشگاه کونت کار می‌کرد. هم کونت و هم کلاوزیوس تأثیر زیادی بر رشد او داشتند. در سال 1869 او دکترای خود را گرفت و در دانشگاه زوریخ به عنوان دستیار کونت منصوب شد و در همان سال با او به وورتسبورگ و سه سال بعد به استراسبورگ رفت.

در سال 1874 به عنوان مدرس در دانشگاه استراسبورگ قبول شد و در سال 1875 به عنوان استاد در وورتمبرگ منصوب شد. در سال 1876 به عنوان استاد فیزیک به استراسبورگ بازگشت، اما سه سال بعد دعوت به کرسی فیزیک در دانشگاه گیسن را پذیرفت. پس از رد دعوت سمت‌های مشابه در دانشگاه‌های ینا (1886) و اوترخت (1888)، او دعوت دانشگاه وورتسبورگ (1888) را پذیرفت، جایی که او جانشین کلراوش شد و در میان همکارانش هلمهولتز و لورنز جای گرفت. در سال 1899 او پیشنهاد کرسی فیزیک دانشگاه لایپزیگ را رد کرد، اما در سال 1900 با درخواست ویژه دولت باواریا، به عنوان جانشین ای. لومل، در دانشگاه مونیخ مشغول به کار شد و علی رغم برنامه ریزی برای مهاجرت به آمریکا، برای همیشه در مونیخ ماند.

اولین کار رونتگن در سال 1870 منتشر شد که به گرمای ویژه‌ی گازها می‌پرداخت و چند سال بعد هم مقاله‌ای در مورد رسانش گرمایی کریستال‌ها منتشر کرد. از جمله مسائل دیگری که او مورد مطالعه قرار داد، می‌توان اشاره کرد به: ویژگی‌های الکتریکی و دیگر مشخصات کوارتز، تأثیر فشار بر ضریب شکست مایعات مختلف، اصلاح صفحات نور قطبی شده توسط اثرات الکترومغناطیسی، نوسانات تابع دما و تراکم پذیری آب و سایر سیالات، و پدیده‌های مرتبط با پخش شدن قطرات روغن روی آب.

با این حال، نام رونتگن اغلب با کشف پرتوهایی که او آن‌ها را ایکس نامید شناخته می‌شود. در سال 1895 او در حال مطالعه پدیده‌های مرتبط با عبور جریان الکتریکی از یک گاز با فشار بسیار پایین یا همان لوله پرتو کاتدی بود و همین مطالعات او را به سمت کشف پرتوی ایکس سوق داد.

در غروب 8 نوامبر 1895، او متوجه شد که حتی اگر لوله در یک جعبه سیاه ضخیم و مهر و موم شده باشد تا تمام نور را از بین ببرد، و اگر در یک اتاق تاریک هم باشد، یک صفحه پوشیده شده با ماده فلوئورسنت، پشت لوله، حتی در فاصله‌ی دو متری هم روشن می‌شد. یعنی پرتوهایی نامرئی و نافذ وجود دارند. در طول آزمایش‌های بعدی، او دریافت که اجسام با ضخامت‌های مختلف که در مسیر این پرتوها قرار گرفته‌اند، هنگام ثبت بر روی صفحه، شفافیت متغیری را ایجاد می‌کنند. او دست همسرش را در مسیر پرتوها روی صفحه بی حرکت قرار داد، سپس تصویری از دست همسرش را مشاهده کرد که سایه‌هایی از استخوا‌ن‌های دست و خود دست را نشان می داد. حلقه‌ای که او به دست داشت نیز خیلی تیره‌تر قابل مشاهده بود، که این یعنی در برابر پرتوها نفوذناپذیرتر بود و به همین دلیل سایه پررنگ تری ایجاد می کرد. این اولین "رونتگنوگرام" بود که تا کنون گرفته شده است. در آزمایش‌های بعدی، رونتگن نشان داد که این پرتوهای جدید از برخورد پرتوهای کاتدی بر یک جسم مادی تولید می‌شوند. چون ماهیت آنها در آن زمان ناشناخته بود، نام پرتوی ایکس را به آنها داد. بعدها، ثابت شد که این پرتوها ماهیت الکترومغناطیسی مشابه نور دارند، اما فرکانس بالاتری دارند.

او در طول زندگی خود عشق خود را به طبیعت و مشاغل در فضای باز حفظ کرد. بسیاری از تعطیلات را در خانه تابستانی در وایلهایم، در پای کوه های آلپ باواریا گذراند. او همیشه از داشتن یک دستیار شرمنده بود و ترجیح می‌داد به تنهایی کار کند. بسیاری از دستگاه‌هایی که او استفاده می‌کرد توسط خودش با نبوغ و مهارت تجربی ساخته شده بود.

رونتگن در 10 فوریه 1923 در مونیخ بر اثر سرطان روده درگذشت.