Urodził się we Francji, ale jego rodzice byli Brytyjczykami - matka Szkotką, ojciec Anglikiem. Jego matka Elizabeth spokrewniona była z królewską rodziną Stuartów.
W wieku 19 lat, po śmierci ojca powrócił wraz z rodziną do Wielkiej Brytanii. Tutaj podjął pracę jako fotograf w firmie Thomasa Edisona, gdzie prowadził badania przez wiele lat. W 1891 r. Thomas Edison opatentował kamerę kinetoskop opracowaną według jego pomysłu. William wynalazł też pierwszy celuloidowy film o szerokości 35 mm stosowanej do dzisiaj.
William Dickson odszedł od Edisona i z kilkoma inwestorami założył firmę American Mutoscope Company. Wytwarzał w niej mutoskop – kamerę konkurencyjną wobec kinetoskopu i produkował filmy do tych urządzeń.