Когда Вильгельму Майбаху было 8 лет, его семья переехала из Лёвенштайна (Вюртемберг) в Штутгарт. Через три года после переезда он осиротел. Он жил 13 лет в приюте в Ройтлингене, в котором воспитывались и обучались сироты из бедных семей. В этом приюте Вильгельм Майбах получает профессию чертёжника и конструктора.
Там же он впервые встречает Готлиба Даймлера: Даймлер занимал должность руководителя машиностроительного завода, в его служебные обязанности входило шефство над приютом. Вильгельма Майбаха распределили в помощники к Даймлеру. Впредь Майбах сопровождает своего покровителя во многих городах Германии. В 1878 году Майбах женился на дочери начальника почтового отделения и трактирщика Берте Вильгельмине Хабермаз (1851—1931).
Вильгельм Майбах совместно с Готлибом Даймлером разработали двигатель внутреннего сгорания. В качестве технического директора Даймлер-Моторен-Гезелльшафт (Общество «Моторы Даймлера») ему принадлежит решающий вклад в создание первого современного автомобиля. Около 1900 года он основывает собственную компанию «Mercedes» и конструируют автомобиль «Мерседес» по заказу австрийского предпринимателя и генерального консула Эмиля Еллинека (1853—1918). Это был гоночный автомобиль с 4-цилиндровым мотором мощностью 35 л.с. и двумя карбюраторами. Это транспортное средство было тогда новым словом техники. При его разработке Майбах использует свои изобретения: охладитель и коробку передач. Еллинек называет модель в честь своей дочери Мерседес. В 1904 году Майбах разрабатывает первый 6-цилиндровый мотор мощностью 70 л.с. В 1906 году он конструирует гоночный мотор мощностью 120 л.с. с подвесными вентилями впуска и выпуска, верхним распределительным валом и системой двойного зажигания.
В 1909 году Вильгельм Майбах вместе со своим сыном Карлом основывают фирму Maybach-Motorenbau GmbH (ООО «Моторостроение Майбаха») в Биссингене-на-Энце, которая производила моторы «Цеппелин» и впоследствии автомобили класса «люкс» в Фридрихсхафене. В 1916 году Вильгельму Майбаху присваивается звание почётного доктора Штутгартского Технологического института.
