Родился в семье школьного учителя, вырос в Кёльне. После того как врачи признали его непригодным к воинской службе из-за сильной близорукости, поступил в Боннский университет, где изучал юриспруденцию.
В 1891 вступил в брак с Иоганной Феркойен. Брак длился 55 лет, у них было четверо детей, два старших сына рано умерли.
C 1899 по 1918 годы Вильгельм Маркс был депутатом прусского парламента. В 1910 году стал также депутатом рейхстага, возглавлял в нём фракцию своей партии и активно занимался школьным образованием и культурой. Маркс считался спокойным политиком, готовым к компромиссам, у которого было мало врагов.
После войны Вильгельм Маркс был избран в Веймарское учредительное собрание. Во время Рурского конфликта в отличие от многих других политиков из оккупированных регионов Маркс выступил против отделения региона от Пруссии. Свой голос в поддержку Версальского договора Маркс объяснил в первую очередь своими опасениями в том, что в отсутствие договора Рейнская область будет окончательно отделена от Пруссии.
При Веймарской республике Маркс сначала посвятил себя объединению сил центра в парламенте, чтобы добиться решительной поддержки кабинета Йозефа Вирта, что ему удалось благодаря его политическому стилю и католическому вероисповеданию.
После отставки кабинета Штреземана в 1923 году Вильгельм Маркс принял предложение рейхспрезидента Фридриха Эберта занять пост рейхсканцлера и возглавил десятое по счёту правительство Германии с 1919 года. Маркс находился на посту рейхсканцлера дважды: первый раз — почти 13 месяцев (с 30 ноября1923 по 15 января1925 года), второй раз — 25 месяцев (с 17 мая1926 по 29 июня1928 года). За этот период Марксу довелось возглавить четыре состава имперского правительства.
Вильгельм Маркс возглавлял правительство Веймарской республики в один из многочисленных кризисных периодов, на который пришлись конфликты с землями Саксония и Бавария, сепаратистские настроения в оккупированной Рейнской области. За гиперинфляцией1923 года последовал ввод новой валюты, сопровождавшийся экономическими и финансовыми проблемами, на которые Маркс отвечал мерами по экономии бюджета, увольнениями наёмного персонала и введением новых налогов. После стабилизации ситуации в конце января 1924 года было отменено военное положение. При рейхсканцлере Марксе был принят план Дауэса.
В 1925 году принял участие в первых всенародных выборах президента Германии: в первом туре — в качестве кандидата Партии центра, во втором — как представитель левоцентристского «Народного блока». Во втором туре набрав 45,3 % голосов, уступил Паулю фон Гинденбургу, получившему 48,3 %. Особенно досадно для Маркса было то, что Гинденбурга поддержали в том числе Баварская народная партия, кандидат которой набрал в первом туре 3,75 % голосов, и другие католические организации.