Вільям Шоклі народився 13 лютого 1910 року в Лондоні, Великобританія. Його батько Вільям Хілман Шоклі був гірським інженером з Массачусетса, а його дружина, Мері (уродженка Бредфорду) була заступником маркшейдера в Неваді.

Родина повернулася в Сполучені Штати в 1913 році, і Вільям молодший у 1932 році одержав диплом бакалавра наук в Інституті технологій штату Каліфорнія. В Інституті технологій штату Массачусетс він навчався під керівництвом професора Дж. С. Слетера і захистив докторську роботу в 1936 році на тему "Енергетична зонна структура хлориду натрію". У тому ж році Шоклі влаштувався до Bell Telephone Laboratorіes, працюючи в групі, очолюваній доктором С.Дж. Девісоном і проробив там (з короткою перервою під час війни) до 1955 року. Він пішов зі своєї посади директора відділу фізики транзисторів, щоб стати директором Shockley Semі-conductor Laboratory в корпорації Beckman Іnstruments, Іnc., розташованої в Маунтейн В'ю, штат Каліфорнія. Там він зайнявся дослідженням і розробкою нових транзисторів та інших напівпровідникових пристроїв. У 1963 році був рекомендований Олександром М. Понятовим, професором машинобудування в Стенфордському університеті, де Шоклі став професором машинобудування та прикладних наук.

Під час Другої світової війни Шоклі був директором дослідницької групи, яка займалася питаннями боротьби з підводними човнами, а потім служив експертом при міністрі війни (Secretary for War). Двічі читав лекції: у 1946 році в Прінстонському університеті, та у 1954 році в Каліфорнійському інституті технологій. Один рік (1954-1955) він проробив заступником директора та керівника досліджень Weapons System Evaluatіon Group у Департаменті оборони.

Дослідження Шоклі були спрямовані на вивчення: енергетичних зон твердих тіл, упорядкування та розпорядкування в сплавах, теорії вакуумних приладів (ламп), самодифузії міді, теорії дислокації, експериментів і теорії феромагнітних доменів, експериментів з фотоелектронами в хлориді срібла, різних напрямків у фізиці транзисторів і дослідження операції по залежності зарплати і продуктивності праці в дослідницьких лабораторіях.

Його роботи були відзначені багатьма нагородами. Шоклі був нагороджений медаллю за заслуги в 1946 році за роботу в департаменті війни, премією Морріса Лайбмана Інститутом Радіоконструкторів у 1952 році, а в наступному році премією Олівера Баклі у фізиці твердих тіл від Американської фізичної спільноти, а роком пізніше - премія Сайруса Комстока від Національної академії наук. І найбільше визнання - Нобелівська премія по фізиці, була вручена йому в 1956 році разом із двома його колишніми колегами по Bell Telephone Laboratorіes, Джоном Бардіном і Вальтером Бреттейном.

У 1963 році він отримав медаль Холі від Американської спільноти інженерів-механіків. Також доктор Шоклі з 1951 року був членом Наукової консультативної групи армії США, а з 1958 року - працював у Науковому консультативному комітеті військово-повітряних сил США. У 1962 році його було призначено до Наукового консультативного комітету при Президенті США. Також Шоклі отримав почесний ступінь доктора наук від Університету Пенсільванії, Університету Ратджерс і Коледжу імені Густавуса Адольфуса (Мінесота). Крім численних статей в наукових і технічних журналах Шоклі написав "Електрони в напівпровідниках р-типу" (1950) і редагував "Вади майже ідеальних кристалів" (1952). Також за свої винаходи він отримав більше 50 патентів у США.

Доктор Шоклі двічі був одружений. Мав троє дітей від першого шлюбу з Джин (уродженка Бейлі). Але цей союз розпався, і його другою дружиною стала Еммі Ленінг.

Вільям Шоклі помер 12 серпня 1989 року.