Вильгельм родился 27 марта 1845 г. в прусском городке Леннеп близ Дюссельдорфа и был единственным ребенком в семье состоятельного торговца и владельца суконной фабрики Фридриха Рентгена и его жены Шарлотты Фровейн. Когда мальчику было три года, семья переехала в Голландию, на родину матери. Здесь он сначала посещал частную школу в Апелдорне, потом техническое училище в Утрехте – родители намеревались передать ему сукновальное дело. Но в 1862 г. его исключили из училища за отказ донести на своего товарища. Вилли попытался сдать экзамены на аттестат зрелости экстерном в другом учебном заведении, но безуспешно, и поэтому в 1865 г. он отправился в Цюрих изучать механику в Федеральный технологический институт (политехникум). Здесь для поступления не требовался аттестат зрелости, а благодаря хорошим текущим отметкам в Утрехтском училище юноша был даже освобожден от вступительного экзамена. Три года Рентген изучал машиностроение, но особый интерес проявил к прикладной математике и технической физике. По окончании научно-инженерного курса по совету знаменитого физика А. Кундта он занялся экспериментальной физикой. И уже в 1869 г. 24-летний Вильгельм получил докторскую степень, опубликовав статью по теории газов. Сразу же после защиты диссертации Рентген женился на Берте Людвиг, дочери хозяина студенческой закусочной, с которым долгое время был дружен.
В 1874 г. в качестве ассистента он последовал за своим учителем Кундтом в Страсбургский университет и начал научно-практическую деятельность. Спустя год он сдал экзамены на право преподавания физики и математики и стал профессором Высшей сельскохозяйственной школы в Гогенгейме. Через год вернулся в Страсбург, а в 1879 г. по рекомендации Г. Гельмгольца получил место профессора в Гессенском университете, в котором работал до 1888 г., отказавшись от предложений занять кафедру физики в университетах Иены и Утрехта.
Здесь Рентген, занимаясь в основном вопросами электромагнетизма и оптики, сделал очень важное открытие: основываясь на электродинамике Фарадея – Максвелла, обнаружил магнитное поле движущегося заряда (так называемый «рентгенов ток»). Среди других работ этого периода – исследование свойств жидкостей, газов, электромагнитных явлений, открытие взаимосвязи электрических и оптических явлений в кристаллах кварца.
В 1888 г. Вильгельм был приглашен в университет баварского города Вюрцбурга, расположенного на юге Германии, а спустя шесть лет стал его ректором. В стенах этого университета 8 ноября 1895 г. он сделал открытие, которое принесло ему всемирную известность. Именно тогда 49-летний профессор приступил к экспериментальным исследованиям электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках. Около полуночи 8 ноября 1895 г. ученый, уже почувствовав усталость, собрался уходить, но, окинув последним взглядом лабораторию, вдруг заметил в темноте какое-то светящееся пятно. Оказывается, светился экран из синеродистого бария. Почему он светится? Рентген еще раз посмотрел на катодную трубку и упрекнул себя: забыл выключить. Нащупав рубильник, ученый обесточил ее и свечение экрана исчезло; включил – вновь появилось… Значит, свечение вызывает катодная трубка! Оправившись от минутного изумления и забыв об усталости, Рентген тут же стал исследовать обнаруженное явление и новые лучи, названные им Х-лучами (как известно, в математике через «х» обозначается неизвестная величина).
Оставив футляр на трубке, чтобы катодные лучи были закрыты, он с экраном в руках начал передвигаться по лаборатории. Тут же выяснилось, что полтора-два метра для этих неизвестных лучей не преграда, они легко проникают через книгу, стекло, станиоль… А когда рука ученого оказалась на пути неизвестных лучей, он увидел на экране силуэт ее костей! Фантастично и жутковато! Рентген заторопился: необходимо было закрепить увиденное на снимке. Так начался новый эксперимент, который показал, что лучи засвечивают фотопластинку и имеют определенное направление. Только утром обессиленный ученый ушел домой. «Великий жребий», который ему выпал, как позднее сказал Рентген, он поспешил подкрепить «безупречными результатами исследований». На пятьдесят дней и ночей было забыто все: семья, здоровье, ученики и студенты… Он никого не посвящал в свою работу до тех пор, пока не разобрался с их отражением, поглощением, способностью ионизировать воздух. Рентген велел приносить себе пищу в университет и поставить там кровать, чтобы избежать сколько-нибудь значительных перерывов в работе. Первым человеком, кому он продемонстрировал свое открытие, была его жена Берта. Именно снимок ее кисти, с обручальным кольцом на пальце, ученый приложил к статье «О новом роде лучей», которую он 28 декабря 1895 г. направил председателю Физико-медицинского общества университета и известил о своем достижении императора Вильгельма II.
Уже через 10 дней на заседании Научного физико-медицинского общества было рассмотрено сообщение об открытии Рентгена. Он попросил разрешения у советника фон Колликера «просветить X-лучами» его руку. Сразу же была сделана фотография, и все присутствующие смогли воочию убедиться в «волшебном» действии «невидимых лучей». После этого «подопытный» предложил назвать эти лучи именем Рентгена.
Открытие привлекло к себе всеобщее внимание: брошюра с докладом за несколько дней была издана пять раз. Ее сразу же перевели на английский, французский, итальянский и русский языки, однако природа таинственных лучей была объяснена лишь в 1912 г. физиками Лауэ, Фридрихом и Книппингом. При всем колоссальном интересе к этому явлению понадобилось около 10 лет, чтобы в знаниях об X-лучах добавилось что-то новое: английский физик Чарлз Баркла доказал их волновую природу и открыл характеристическое (определенной длины волны) рентгеновское излучение. Еще через 6 лет Макс фон Лауэ разработал теорию интерференции X-лучей на кристаллах, предложив использовать кристаллы в качестве дифракционных решеток. В том же 1912 г. эта теория получила экспериментальное подтверждение в опытах В. Фридриха и П. Книппинга. Научное значение открытия Рентгена раскрывалось постепенно, что подтверждается присуждением семи Нобелевских премий за работы в области рентгеноскопии. В 1896 г. доктор Г. Л. Смит первым получил рентгеновское изображение в медицине. Месяц спустя американские физики использовали рентгеновские лучи в диагностических целях, и стало очевидно, что проводить определенные операции необходимо только после предварительного просмотра рентгеновского снимка. Тогда же К. Мюллер начал производство рентгеновских трубок на небольшом предприятии в Гамбурге для их использования в близлежащей больнице. Его фабрика стала основой нынешней, самой передовой в мире фабрики по производству рентгеновских трубок, принадлежащей компании Philips. Кроме того, рентгеновским лучам обязаны такие великие открытия, как структура молекул гемоглобина, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков, ответственных за фотосинтез (Нобелевские премии 1962 и 1988 гг.).
Революционное открытие немецкого физика быстро, даже по сегодняшним меркам, приобрело широкую известность. Весь январь 1896 г. прошел под лозунгом «Сенсационное открытие», а телеграфом из Лондона на весь мир передавалось: «Даже шум военной тревоги не в силах был бы отвлечь внимание от замечательного триумфа науки, весть о котором докатилась до нас из Вены. Сообщается, что профессор Вюрцбургского университета Роутген открыл свет, который проникает при фотографировании через дерево, мясо и большинство других органических веществ. Профессору удалось сфотографировать металлические гири в закрытой деревянной коробке, а также человеческую руку, причем видны лишь кости, в то время как мясо невидимо». Дальше последовала лавина публикаций: только за один год свыше тысячи статей по новым лучам. Во всех европейских столицах читались публичные лекции об открытии Рентгена и демонстрировались опыты. Не обходилось и без курьезов. Американские блюстители нравов предлагали запретить рентгеновские лучи на том основании, что, дескать, «будучи вставленными в театральные бинокли, они позволят зрителям полностью раздевать появляющихся на сцене актрис». А одна из заокеанских фирм предлагала покупать шляпы ее производства, которые, «прикрывая лоб, не позволяют читать ваши мысли при помощи икс-лучей».