Вильгельм Вин родился в семье помещика Карла Вина. В 1866 г. семья переехала в Драхштейн, возле Растенбурга в Восточной Пруссии (ныне Кентшин, Польша). Как было принято тогда, ему наняли учительницу французского языка, на котором он стал говорить раньше, чем научился писать по-немецки. Официально В. начал учиться в возрасте одиннадцати лет в Растенбургской гимназии. Он не был внимательным учеником, предпочитая вместо подготовки домашних заданий бродить по полям, и учился плохо, особенно по математике. В 1879 г. Вин закончил ее и в 1880—1882 гг. учился в гимназии в Кёнигсберге. С 1882 г. он учится в Гёттингенском и Берлинском университетах.
После двух семестров классных занятий и трех лет лабораторной работы под руководством Германа фон Гельмгольца, выдающегося физика, математика и физиолога, проведя также одно лето в Гейдельбергском университете, Вин получил докторскую степень в 1886 г. Его диссертация была посвящена дифракции света на остром металлическом крае и влиянию абсорбции металла на получаемые цвета.
С 1889 г. работал ассистентом Гельмгольца в имперском физико-техническом учреждении, где занимался решением задач, поставленных промышленными фирмами. В 1892 г. он стал лектором Берлинского университета, в 1896 г. занял пост профессора физики в Техническом университете в Ахене, сменив на этом посту Филиппа фон Ленарда. В 1899 г. он был профессором физики в Гессенском университете, а затем, в 1900 г., стал преемником Вильгельма Рентгена на посту профессора физики Вюрцбургского университета.
Исследования Вина охватывают ряд вопросов, включая, в частности, гидродинамику, особенно поведение морских волн и циклонов. Еще в Государственном физико-техническом институте он начал свои плодотворные исследования по тепловому излучению, т.е. излучению тел, вызванному их нагреванием. При разных температурах тела поглощают, отражают или передают падающее на них излучение. Но независимо от этого они излучают энергию, поскольку обладают определенной температурой. Хорошо знакомым примером служит нить электрической лампочки.
В 1893 г. В. исследовал излучение абсолютно черного тела, используя для этого то, что он назвал «мысленным» (в отличие от лабораторного) экспериментом, опирающимся на законы термодинамики. Из экспериментов было известно, что нагретое тело испускает излучение в определенной области, или спектре частот (длин волн), но не однородно. График излучаемой энергии как функции длины волны представляет собой кривую, начинающуюся с низких значений при больших длинах волн, плавно поднимается к закругленной вершине, представляющей максимум интенсивности при некоторой промежуточной длине волны, а затем вновь падает до низких значений энергии при более коротких длинах волн. Вин обнаружил, что эта кривая перемещается в область более коротких или более длинных волн по мере того, как температура соответственно повышается или понижается, согласно простому соотношению, ныне известному как закон смещения Вина. Длина волны, соответствующая пику излучения, умноженная на абсолютную температуру, остается величиной постоянной. В 1896 г. Вин продвинулся дальше в своих теоретических расчетах, объяснив форму кривой распределения энергии с помощью законов термодинамики и электромагнитной теории, развитой шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Это объяснение получило известность как закон излучения Вина.
Вин занимался также и другими исследованиями, прежде всего электрическими разрядами в газах под очень низким давлением в вакуумных трубках. При этих разрядах появлялись три типа излучения, казавшихся тогда загадочными. Один тип, названный катодными лучами, двигался от катода к аноду. Второй тип, названный канальными лучами, двигался в противоположном направлении. Третий тип, открытый в 1895 г. Вильгельмом Рентгеном и названный рентгеновскими лучами, возникал в области анода, откуда он выбивался катодными лучами. Катодные лучи, позднее названные электронами, были открыты английским физиком Дж.Дж. Томсоном в 1897 г. Вин подтвердил, что катодные лучи – это частицы, несущие отрицательный заряд. Он также показал, что канальные лучи – это положительно заряженные атомы (ионы) остаточных газов в разрядных трубках, и дал впервые оценки длин волн для рентгеновских лучей (гораздо короче видимого света), измеряя отношение их энергии к энергии порождающих их катодных лучей. Его дальнейшие работы также внесли существенный вклад в радиационную физику; здесь можно упомянуть уточненные расчеты длин волн рентгеновских лучей и предложение использовать для их измерения кристаллы за пять лет до того, как Макс фон Лауэ проделал аналогичную работу.
Вин был награжден в 1911 г. Нобелевской премией «за открытия в области законов, управляющих тепловым излучением». В Нобелевской лекции он говорил о значении того, что он назвал «мысленными» экспериментами.
В 1898 г. Вин женился на Луизе Мелер, которую он встретил в Ахене; у них было два сына и две дочери. Он любил в свободное время изучать историю, литературу и искусство. Он умер в Мюнхене в 1928 г. «Вероятно, найдется очень мало физиков, которые, как Вилли Вин, в такой же степени равно хорошо разбирались бы как в экспериментальной, так и в теоретической сторонах своей практической деятельности», – написал о своем коллеге Макс Планк. С 1906 г. до самой смерти Вин был соиздателем (вместе с Максом Планком) журнала «Аннален дер физик». Он был членом американской Национальной академии наук и научных академий Берлина, Геттингена, Вены и Стокгольма.
