ויליאם נאלץ להיאבק על קבלת התוארדוכס נורמנדי, גם בגלל היותוממזר וגם בגלל מוצאה הנחות של אמו. ב-1034 עלה אביו לרגל לירושלים ולפני יציאתו קבע שבנו ויליאם יירש אותו, במקרה שימות בדרך; בחזרתו הוא אכן מת ממחלה, וב-1035 ירש ויליאם את כיסא אביו והוכתר כדוכס בעודו נער. הוא הותקף מיד על ידי הווסאלים שלו, ונאלץ להיעזר באנרי הראשון, מלך צרפת כדי להביסם. המאבק נמשך שנים, ורק ב-1047 השיג את מלוא השליטה על נורמנדי, כשהביס את הברונים המורדים בקרב ואל-אס-דון סמוך לעירקן.
ויליאם נשא אתמתילדה מפלנדריה ב-1050 או1051, בקתדרלת נוטרדאם של העיר אה(אנ') שבנורמנדי, כשהוא בן 23 והיא בת 21. נישואיהם הניבו ארבעה בנים ושש בנות (ראו רשימהלהלן). אף על פי שאלה היו נישואים פוליטיים שנועדו להכניס טריז בין אויבי נורמנדי העיקריים (צרפת,אנז'ו ופלנדריה), האהבה שררה בין בני הזוג ונראה ששמרו אמונים זה לזה במשך כל חייהם.
לאחר מות אחיין סבו, המלךאדוארד המְוַדֶה מאנגליה (ינואר1066), טען ויליאם לכתר אנגליה, בטענה כי אדוארד חשוך הילדים נקב בשמו כיורש בזמן שהוא ביקר באנגליה (ככל הנראה ב-1052). אדוארד המאמין היה סקסוני במוצאו, והיה שייך לבית וסקס עתיק היומין, ששלט בממלכת אנגליה תוך מלחמות תמידיות עם הוויקינגים, הדנים והנורווגים במשך שנים רבות.
טוען נוסף לכתר האנגלי היההרולד גודווינסון, אציל אנגלי, גיסו של אדוארד המאמין. ויליאם טען שהרולד נשבע בפניו שיוותר על דרישתו לרשת את כס מלך אנגליה. אין כל הוכחה היסטורית לשבועה זו אך המסורת מספרת שהרולד הפליג בתעלה האנגלית בספינתו ועמד לטבוע, כשוויליאם הציל אותו. כתמורה להצלתו נדרש הרולד להישבע עלויתורו על כס המלכות. ללא ידיעתו של הרולד החביא ויליאם מתחת לשולחן שרידי גופתו של קדוש נוצרי, דבר שמונע מהנשבע להפר את שבועתו.
מכל מקום, עם מותו של אדוארד, נאספה קבוצת אצילים אנגלים שהכריזה על הרולד כמלך אנגליה. טקס ההכתרה התקיים ב-5 בינואר1066, והוא הפך בכך למלך הרולד השני. מנגד, על מנת לחזק את זכותו לכתר האנגלי, השיג ויליאם את תמיכת האפיפיור בטענה שהרולד הפר שבועה על שרידי קדוש נוצרי.
ויליאם ושני אחיו בשטיח באייה. ויליאם (באמצע), אודו (משמאל) ורוברט (מימין)
ב-28 בספטמברנחת ויליאם על החוף האנגלי בראש כוח של כ-7,000 לוחמים ב-600 כלי שיט, ויצא לקראת הרולד. באותו זמן הרולד נאלץ להפנות את צבאו כנגד טוען נוסף לכתר אנגליה –האראלד הארדראדה (Hardrada), מלךנורווגיה ולוחם ויקינגי מפורסם, שפלש לצפון אנגליה וכבש את העיריורק. דבר זה איפשר לוויליאם להנחית את חייליו על חוף אנגליה ולהקים שםראש גשר. לאחר שניצח את המלך הנורווגי הפנה הרולד את צבאו לכיוון ויליאם. בקרב הייסטינגס ב-14 באוקטובר1066 הובסו הכוחות הסקסוניים, כשהרולד עצמו נהרג מחץ שפגע בעינו. היה זה הרגע המכונן שקרוי כיוםהכיבוש הנורמני של אנגליה. ניצחון זה מונצח בשטיח באייה,שטיח קיר היסטורי מפורסם, בו רקומות למעלה משבעים תמונות המראות את שלבי כיבוש אנגליה על ידי ויליאם.
לאחר היסוס קל, התאספו אצילי ובישופי אנגליה והחליטו להכתיר את ויליאם כמלך אנגליה ב-25 בדצמבר1066, במנזר וסטמינסטר.
ב-1067 חזר ויליאם לנורמנדי והשאיר שם את אחיו למחצה, אודו מבאייה, כשליט. מרידות שפרצו בכל חלקי אנגליה נגדו אילצו את ויליאם לשוב, ובמשך ארבע שנים לחם כנגד המורדים השונים עד שהכריע את כולם. ויליאם הנהיג עונש של ביזת רכושם ואדמותיהם של המורדים ותומכיהם וניכוס רכוש זה על ידי אנשיו הנורמנים. בהדרגה הודחה כמעט כל האצולה האנגלית, והארץ נשלטה, למעשה, על ידי אצולה נורמנית דוברת צרפתית.
ויליאם הנהיג רפורמות רבות וגדולות, בהן שינוי מערכת החוק האנגלו-סקסונית, אותה הוא מיזג עם החוק הנורמני (1085). כדי לבדוק את מידת שליטתו בממלכה, הזמין את חיבור "ספר יום הדין", הדומה למפקד אוכלוסין מודרני, בו נרשם כל אנגלי בעל רכוש, עם פירוט רכושו. גם בכנסייה ביצע שינוי גדול כשהחליט להעביר בהדרגה את כל משרות הבישופים לידי אנשי כנסייה נורמנים. כך הועברה השליטה על רכושה הרב של הכנסייה לידי אנשיו.
ויליאם נחשב למלך חזק, בעל כוח אבסולוטי, לעיתים קרובות אכזר וחסר רחמים כלפי כל ניסיון למרוד בו. שמעו כלוחם אמיץ ומנצח יצא למרחקים, ובתקופתו לא נעשו עוד ניסיונות פלישה של ויקינגים מסקנדינביה לאנגליה. כך הפכה אנגליה למקום בטוח, הנשלט לחלוטין על ידי אנשיו, ומקור הכנסה כספית גדול ממדים לארמון המלוכה. ברם, ויליאם היה בו-זמנית גם דוכס נורמנדי, ושם הצרות לא פחתו. אויביו משכבר הימים - צרפת, פלנדריה ואנז'ו - יצאו נגדו בכל הזדמנות ואף גייסו לצידם את רוברט, בנו הבכור של ויליאם. מלחמות אלו נמשכו לסירוגין בשנים1071–1084. כעבור זמן הוא שב לאנגליה, שם המשיך בהחרמת רכוש אנגלי והעברתו לאנשיו.
ויליאם הורה גם על בניית מספר רב שלטירות להבטחת שליטתו ברחבי הממלכה, בהןמגדל לונדון.
ויליאם הראשון, מלך אנגליה
ב-1087 נאלץ לחזור לנורמנדי ולהילחם במלך צרפת, שניסה לכבוש שטח מדוכסותו. מלך צרפת נוצח, אך ויליאם נפצע באותו קרב.
לאחר הקרב בצרפת נפטר ויליאם ב-9 בספטמבר1087 עקב מחלה או מפציעה שספג בקרב. הוא נקבר בכנסיית סטפאן הקדוש בעירקן שבנורמנדי. הידע על האירועים שקדמו למותו מבולבל מכיוון שיש כמה תיאורים שונים. ויליאם הוריש את נורמנדי לרוברט, והמשמורת על אנגליה ניתנה לבנו השני, שנקרא גם הוא ויליאם, בהנחה שיהפוך למלך. הבן הצעיר, הנרי, קיבל כסף. לאחר שהפקיד את אנגליה בידי בנו השני, שלח ויליאם הבכור את ויליאם הצעיר בחזרה לאנגליה ב-7 או 8 בספטמבר, כשהוא נושא מכתב ללנפרנק המורה לארכיבישוף לסייע למלך החדש. עזבונות אחרים כללו מתנות לכנסייה וכסף שחולק לעניים. ויליאם גם הורה לשחרר את כל אסיריו, כולל אחיו למחצה אודו.
כאוס בא עם מותו של ויליאם; בני ביתו השאירו את הגופה ברואן ומיהרו לעסוק בענייניהם. בסופו של דבר החליטו אנשי הדת של רואן לשלוח את הגופה לקאן, שם ביקש ויליאם להיקבר. ההלוויה, בה השתתפו הבישופים ואבות המנזר של נורמנדי וכן בנו הנרי, עוררה את טענתו של אזרח קאן על כך שמשפחתו נושלה באופן בלתי חוקי מהאדמה עליה נבנתה הכנסייה. לאחר התייעצויות נמהרות, הוכח שהטענה נכונה והאיש פוצה. עלבון נוסף התרחש כאשר הגופה הונמכה לתוך הקבר. הגופה הייתה בתהליכי ריקבון ונצבר בה גז, לכן הייתה גדולה מדי עבור חלל הסרקופג וכשהמלווים ניסו לדחוס את הגופה לתוך הקבר היא התפוצצה והפיצה סרחון בלתי נסבל שתקף את כל הנוכחים בטקס הקבורה.
בימינו מסומן קברו של ויליאם על ידי לוח שיש עם כתובת לטינית מתחילתהמאה ה-19. הקבר נפתח מספר פעמים מאז 1087, הפעם הראשונה בשנת 1522 כאשר הקבר נפתח בהוראת האפיפיור. הגופה נחנטה והוחזרה לקבר באותה תקופה, אך בשנת 1562, במהלך מלחמות הדת בצרפת, נפתח הקבר מחדש והעצמות התפזרו ואבדו, למעט עצם ירך אחת. שריד בודד זה נקבר מחדש בשנת1642 עם סמן חדש, שהוחלף 100 שנים מאוחר יותר במצבה מפוארת יותר. קבר זה נהרס שוב במהלךהמהפכה הצרפתית אך בסופו של דבר הוחלף באבן הנוכחית.
כאמור, את כתר אנגליה הוריש ויליאם לבנו השלישי,ויליאם רופוס, ואת תוארו כדוכס נורמנדי הוריש לבנו הבכור,רובר השני, דוכס נורמנדיה, על אף שזה מרד בו קודם לכן. בנו הצעיר,הנרי ביוקלרק, נעשה אף הוא מלך אנגליה מאוחר יותר, לאחר מותו של ויליאם השני, שלא הותיר יורשים.
לא נמצא דיוקן אותנטי של ויליאם; התיאורים העכשוויים שלו על שטיח באיה על חותמותיו ומטבעותיו הם ייצוגים קונבנציונליים שנועדו לבסס את סמכותו. ישנם כמה תיאורים כתובים של היותו חסון וחזק (הוא ירה בקשתות שאחרים לא היו מסוגלים לדרוך) וקול גרוני. הוא נהנה מבריאות מצוינת עד גיל מבוגר, אם כי השמין לעת זקנה. ג'פרי מרטל תיאר אותו כלוחם וכפרש שאין שני לו. בדיקה של עצם הירך של ויליאם, העצם היחידה ששרדה כששאר שרידיו הושמדו, הראתה שגובהו היה כ-5 רגל ו-10 זרתות (1.78 מ'). ישנם תיעודים של שני מורים לוויליאם בסוף שנות ה-1030 ותחילת שנות ה-40, אך היקף השכלתו אינו ידוע. הוא לא היה ידוע כפטרון של משכילים, ויש מעט עדויות לכך שפרש חסותו על אינטלקטואלים. מתועד שוויליאם ניסה ללמוד לקרואאנגלית עתיקה בשלב מאוחר בחייו, אך לא התמיד בכך. נראה שהתחביב העיקרי של ויליאם היה ציד. נראה כי הוא רחש חיבה לאשתו מתילדה, ואין סימנים לכך שהוא לא היה נאמן לה - תופעה שכיחה בקרב מלכים בימי הביניים. סופרים מימי הביניים מתחו ביקורת על ויליאם על תאוות הבצע והאכזריות שלו, אך אדיקותו האישית זכתה לשבחים על ידי בני זמנו.
