Вильгельм Людвиг фон Кюхельбекер родился 10 июня 1797 в Санкт-Петербурге, в семье российских немцев-дворян. Лютеранин.
Детство Вильгельма прошло в Лифляндии, в имении Авенорм, до 6 лет в немецкой семье не знал ни слова по-русски.
В 1808 году по рекомендации дальнего родственника М. Б. Барклая-де-Толли определён в частный пансион Бринкмана при уездном училище в городе Верро, который окончил с серебряной медалью.
В 1811 году по рекомендации того же Барклая-де-Толли был принят в Императорский Царскосельский лицей воспитанником первого курса. Товарищ по Лицею А. С.Пушкина, И. И.Пущина, А. А.Дельвига, А. М.Горчакова, рано проявил интерес к поэзии и начал печататься в 1815 году в журналах «Амфион» и «Сын Отечества».
Окончил Царскосельский лицей в 1817 году с чином IX класса. На выпускном акте 9 июня 1817 года удостоен серебряной медали за успехи и учёность.
По окончании Лицея в 1817 году был зачислен вместе с А. С. Пушкиным в Коллегию иностранных дел. С 1817 года по 1820 год преподавал русский и латинский языки в Благородном пансионе при Главном Педагогическом институте, где среди его учеников были Михаил Глинка и младший брат А. С. Пушкина, Лев. 9 августа 1820 года вышел в отставку. 8 сентября 1820 выехал за границу в должности секретаря обер-камергера А. Л. Нарышкина. Ехал через Германию на юг Франции. В марте 1821 года приехал в Париж, где читал публичные лекции о славянском языке и русской литературе в антимонархическом обществе «Атеней». Лекции были прекращены из-за их «вольнолюбия» по требованию русского посольства. Кюхельбекер вернулся в Россию.
Был членом масонской ложи Михаила избранного великой Астреи до её закрытия в 1822 году.
С конца 1821 года до мая 1822 года служил чиновником особых поручений с чином коллежского асессора при генерале Ермолове на Кавказе, где познакомился с А. С. Грибоедовым. Схожесть характеров и судеб вскоре сблизили литераторов — добрую память о дружбе с Грибоедовым, быстро перешедшей в преклонение, Кюхельбекер пронёс через всю свою жизнь.
После дуэли с Н. Н. Похвисневым был вынужден оставить службу и вернуться в Россию.
После отставки год прожил в имении своей сестры Ю. К. Глинки в деревне Закуп Духовщинского уезда Смоленской губернии. 30 июля 1823 года переехал в Москву. Преподавал в женском пансионе Кистера, давал частные уроки.
В апреле 1825 года переехал в Санкт-Петербург. Жил у своего брата Михаила Карловича в казармах Гвардейского экипажа, а с октября того же года у князя А. И. Одоевского в доходном доме Булатова на Почтамтской улице.
С 1817 года состоял в тайной преддекабристской организации «Священная артель». За две недели до восстания 14 декабря 1825 года был введён К. Ф. Рылеевым в Северное тайное общество.
14 декабря 1825 года был на Сенатской площади с восставшими, вооружённый палашом и пистолетом; ездил в Гвардейский экипаж, где служил его брат Михаил, в казармы лейб-гвардии Московского полка с известием о начале действий; неудачно пытался стрелять в брата императора, великого князя Михаила Павловича и генерала А. Л. Воинова.
После поражения восставших предпринял побег за границу. Вильгельм Кюхельбекер и его слуга Семён Титов Балашов уехали из Санкт-Петербурга и, пройдя мимо заставы, наняли извозчика, с которым доехали до села Горки Великолукского уезда, где остановились у помещика Петра Степановича Лаврова. 26 декабря 1825 года отправились в деревню родственника Кюхельбекера Ивана Львовича Албрехта. Оттуда Кюхельбекер заехал в имение своей сестры Закуп, где староста дал извозчика Григория Денисова, с которым беглецы доехали до Борисова. Недоезжая Борисова Кюхельбекер отправил Григория Денисова домой. 6 января 1826 года проехали Минск, 9 января 1826 года проехали Слоним, затем в деревню возле местечка Цехановец. Оттуда Кюхельбекер отправился в Варшаву, а Семён Балашов — домой через Слоним, где был арестован и закован в железа, снятые с него 30 апреля 1826 года. У него нашли подложные документы на имя 50-летнего отставного солдата Кексгольмского мушкетёрского полка из дворян Матвея Прокофьева Закревского. 19 января 1826 года в Праге Кюхельбекер спросил унтер-офицера лейб-гвардии Волынского полка Григорьева об офицере лейб-гвардии Конной артиллерия С. С. Есакове, но был Григорьевым опознан и арестован, хотя представился крепостным слугой барона Моренгейма. У Кюхельбекера были подложные документы на имя плотника села Скачково Скачковской волости Духовщинского уезда Ивана Алексеева Подмастерникова.
25 января 1826 года доставлен в Санкт-Петербург в кандалах. Помещён в Петропавловскую крепость 26 января 1826 года, в каземат № 12 Алексеевского равелина.
Осуждён по I разряду и по конфирмации 10 июля 1826 года приговорён к каторжным работам сроком на 20 лет. 27 июля 1826 года переведён в Кексгольмскую крепость. Приметы: рост 2 аршина 9 4/8 вершков, «лицом бел, чист, волосом черн, глаза карие, нос продолговат с горбиною».
22 августа 1826 года срок каторги был сокращён до 15 лет. 30 апреля 1827 года переведён в Шлиссельбургскую крепость. 12 октября 1827 года по указу императора вместо Сибири отправлен в арестантские роты при Динабургской крепости, куда прибыл 17 октября 1827 года. 15 апреля 1831 года Кюхельбекер был отправлен в Ревель через Ригу, куда прибыл 19 апреля 1831 года и содержался в Вышгородском замке. Из Ревеля 7 октября 1831 года отправлен в Свеаборг, в арестантские роты, куда прибыл 14 октября 1831 года.
По указу от 14 декабря 1835 года определён на поселение в заштатный город Баргузин Иркутской губернии.
Прибыл в Баргузин 20 января 1836 года. Здесь уже жил его младший брат Михаил. Братья Кюхельбекеры завели большое хозяйство, выращивали новые для Сибири сельскохозяйственные культуры. Михаил открыл в своём доме для местных жителей бесплатную школу. По предположениям В. Б. Бахаева, Вильгельм преподавал в этой школе.
Продолжал заниматься литературной деятельностью: писал стихотворения, поэмы, элегии, критические статьи, переводил с европейских и древних языков, завершил «Дневник», этнографический очерк «Жители Забайкалья и Закаменья», поэму «Юрий и Ксения», историческую драму «Падение дома Шуйского», роман «Последний Колонна» и другие. В письме Пушкину сообщил интересные наблюдения о тунгусах.
15 января 1837 года женился на дочери баргузинского почтмейстера Дросиде Ивановне Артеновой.
По собственной просьбе 16 сентября 1839 года был переведён в Акшинскую крепость. Выехал из Баргузина в январе 1840 года. В Акше давал частные уроки дочерям майора А. И. Разгильдеева. В 9 июня 1844 года получил разрешение на переезд в деревню Смолино Курганского округа Тобольской губернии и 2 сентября 1844 года выехал из Акши.
С 25 марта 1845 года Вильгельм Кюхельбекер жил в Кургане, где потерял зрение. Сначала жил у Николая Петровича Рихтера, учителя русского языка Курганского уездного училища. Судя по дневнику Кюхельбекера, в свой дом семья перебралась 21 сентября 1845 года, причём сам декабрист был «вдобавок больной», хотя уже на следующий день принимал гостя, ссыльного поляка П. М. Вожжинского. До въезда семьи Кюхельбекера дом принадлежал ссыльным полякам Эразму и Анели Клечковским, которые переехали в освободившийся дом А. Е. Розена. 24 октября 1842 года Анели Клечковская продала дом за 400 рублей серебром жене отставного сотника Филимона Алексеевича Киниженцева Марии Фёдоровне. Весной или летом 1845 года сестра декабриста, Ю. К. Глинка, купила в Кургане одноэтажный деревянный дом, записанный на Дросиду Ивановну. Общая площадь дома была 103 квадратных метра.
Благодаря краеведческому исследованию Бориса Николаевича Карсонова удалось с точностью доказать: Кюхельбекер жил в самом Кургане, хотя в письмах высоким сановникам в столицу ссыльный утверждал, что живёт в Смолино. В своём историческом очерке Борис Карсонов пишет: «Вильгельму нравился свой дом: четыре больших комнаты да посредине две маленьких. Впервые в сибирском изгнании он заимел отдельный кабинет. Правда, скудно было убранство его, даже по курганским меркам».
28 января 1846 года Кюхельбекеру было разрешено выехать на лечение в город Тобольск, куда он прибыл 7 марта 1846 года.
Вильгельм Карлович Кюхельбекер умер от чахотки 11 августа 1846 года в Тобольске Тобольской губернии Западно-Сибирского генерал-губернаторства, ныне в Тюменской области. Он до самой смерти был в движении, а за день до кончины ходил по комнате и рассуждал ещё о том, что, несмотря на дурную погоду, он чувствует себя как-то особенно хорошо. Похоронен на Завальном кладбище.
По всеподданнейшему докладу графа А. Ф. Орлова Ю. К. Глинке 8 июня 1847 года разрешено взять к себе на воспитание оставшихся после смерти её брата малолетних детей Михаила и Юстину с тем, чтобы они именовались не по фамилии отца, а Васильевыми. Михаил в 1850 году под этой фамилией был определён в Ларинскую гимназию, по окончании её поступил в 1855 году в Петербургский университет на юридический факультет, с 1863 года служил прапорщиком Царскосельского стрелкового батальона. По манифесту об амнистии 26 августа 1856 детям дарованы права дворянства и возвращена фамилия отца.
Вдова Кюхельбекера 7 июля 1849 года продала дом в Кургане мещанину Василию Федоровичу Романову, а через год уехала к родственникам в Иркутскую губернию, где получала от казны пособие в 114 руб. 28 коп. серебром в год. По ходатайствам генерал-губернатора Восточной Сибири М. С. Корсакова и чиновника особых поручений при нём А. Макарова ей с 1863 года выдавалось ещё пособие от Литературного фонда 180 руб. в год. В сентябре 1879 года она выехала в Казань, а затем в Санкт-Петербург, после смерти сына возбудила ходатайство о восстановлении прежней пенсии, которая выплачивалась ей до отъезда из Сибири, ходатайство удовлетворено 24 июня 1881. На её похороны выдано 150 рублей по ходатайству кн. М. С. Волконского, сына декабриста, 19 мая 1886 года.
