William Wilkie Collins est né à Marylebone en Londres le 8 janvier 1824. Il est le fils d’un peintre paysagiste renommé, William Collins. À 17 ans, il abandonne l’école pour devenir apprenti dans une entreprise de négoce de thé. Il écrit alors son premier roman Iolani (publié seulement en 1999). Cinq ans plus tard, il entre à la Lincoln's Inn afin d’étudier le droit ; il obtient un titre d'avocat en 1851. Après la mort de son père en 1847, Collins publie son livre, Mémoires et Vie de William Collins, Esquire (1848), en exécution du testament paternel, et commence une carrière de peintre, exposant à la Royal Academy Summer exhibition de 1849. Mais c’est avec la publication de son roman Antonina, en 1850, que sa carrière d’écrivain commence véritablement.
En 1851, Collins est présenté à Charles Dickens par un ami commun, Augustus Egg. Une longue amitié et une collaboration vont naître ; plusieurs des romans de Collins seront publiés dans l’hebdomadaire de Charles Dickens : All the Year Round, sous forme de feuilletons. Charles Dickens publie et édite ensuite lui-même les romans de Collins.
Collins souffrait de la goutte, et devint dépendant de l'opium (sous forme de laudanum) qu’il prenait afin de soulager sa douleur. Il en résultait des crises de paranoïa où il était convaincu d’être poursuivi par un Doppelgänger (son double fantomatique)… Son roman La Pierre de lune (The Moonstone) décrit les effets de la dépendance à l'opium. Collins admit plus tard que sa consommation de laudanum était telle à l'époque, qu’il ne se souvenait plus d'avoir écrit la majeure partie du roman.
Collins ne s’est jamais marié, mais a vécu avec une veuve (Mrs. Caroline Graves) et sa fille, à partir de 1858.
Il a également trois enfants d'une autre femme, Martha Rudd, qu’il rencontre après avoir quitté Mrs. Graves en 1868. Cette dernière cependant revient vers Collins après deux ans de séparation, et ils continuent leur relation jusqu’à la mort de l'auteur en 1889, à sa maison en Marylebone, Nº 82 Wimpole Street.
Collins est enterré au cimetière de Kensal Green, à Londres. Son épitaphe l’identifie comme l’auteur de La Femme en blanc.
