英國物理學傢。生於蘇格蘭中洛錫安郡葛籣科斯，卒於皮佈林斯郡卡洛普斯。1888年入劍橋大學的悉尼·蘇撒克斯學院，1896年獲得博士學位。1900年擔任劍橋大學的物理學講師等職務。1925年任劍橋大學傑克遜講座自然哲學教授。1934年退休，曾被選為英國皇傢學會會員，並被授予科普利獎章。
1894年夏末，威耳孫以氣象學傢的身份開始研究雲霧。為此，他設計瞭一種在封閉的容器裡膨脹濕空氣的方法。這是最早的雲室。他發現潮濕而無塵的空氣膨脹時出現水滴，斷定這是水蒸氣以大氣中導電離子為核心而凝聚的結果。X射線的發現，讓他認識到可利用它的輻射形成的離子，從而產生更濃的雲霧。經實驗，發現雲室裡確實留下瞭一串凝結水滴的痕跡。因此，雲室可以用來探測帶電粒子，並可以用照相記錄下來。這些工作是在1895～1900年間進行的。此後，雲室幾經改進，並在1912年達到完善程度，成為原子核物理學研究不可或缺的設備，其後又導致氣泡室問世。1911年威耳孫首先利用雲室觀察並照相記錄瞭α粒子和β粒子的徑跡。1927年他和美國A.H.康普頓同獲諾貝爾物理學獎。1916年起，威耳孫從事大氣電現象的研究，為英國戰時阻塞氣球創制一種防雷擊的方法；提出瞭大氣中電荷產生機理，設計瞭一種測定大氣電的靈敏靜電計；預測瞭宇宙線的存在。