Tổ tiên của Vương Thế Sung vốn mang họ Chi (支), có nguồn gốc từ Tây Vực và không phải là người Hán. Sau khi tổ phụ Chi Đồi Nậu (支頹耨) mất sớm, tổ mẫu của ông tái giá với một người họ Vương. Cha của Vương Thế Sung là Chi Thu (支收), Chi Thu do được kế phụ nuôi dưỡng nên đã cải sang họ Vương. Vương Thu sau đó trở thành một trưởng sử cho thứ sử Biện châu (汴州, nay gần tương ứng với Khai Phong, Hà Nam).

Vương Thế Sung được đánh giá là một người hiếu học vào thời niên thiếu, đặc biệt tập trung vào binh pháp, cũng như pháp luật và kinh sử. Những năm Khai Hoàng triều Tùy, Vương Thế Sung là một tả dực vệ, do có quân công nên được phong chức 'nghi đồng', binh bộ 'viên ngoại lang'. Ông khéo léo trong việc áp dụng luật pháp và ăn nói, ngay cả khi ông nói ra những điều không hợp lý, người ta cũng không thể bác lại lý lẽ của ông.

Năm 610, sau khi Giang Đô cung giám Trương Hành (張衡) không còn nhận được sự tín nhiệm của Tùy Dạng Đế, Vương Thế Sung trở thành người thay thế. Do Dạng Đế thường xuyên đến Giang Đô (江都, nay thuộc Dương Châu, Giang Tô), Vương Thế Sung được cho là đã khéo xu nịnh hoàng đế và trang hoàng cung điện cực kỳ phung phí, khiến hoàng đế tín nhiệm. Thậm chí, người ta còn nói rằng Vương Thế Sung đã biết trước Tùy sớm muộn sẽ lâm vào nhiễu loạn, vì thế ông đã vun đắp quan hệ với các dũng sĩ. Bất cứ khi nào có người trong số đó bị bắt giam, ông cũng đều thường tìm cách để họ được phóng thích, mục đích là để khiến họ biết ơn.

Năm 613, khi tướng Dương Huyền Cảm nổi dậy gần đông đô Lạc Dương, các đội quân khởi nghĩa nông dân ở bờ nam Trường Giang cũng vùng dậy, thủ lĩnh của họ là Lưu Nguyên Tiến (劉元進). Ban đầu, Tùy Dạng Đế phái các tướng Thổ Vạn Tự (吐萬緒) và Ngư Câu La (魚俱羅) dẫn quân đi đánh Lưu Nguyên Tiến, song hai tướng này đã không thể giành được thắng lợi. Tùy Dạng Đế vì thế đã cho xử tử Ngư Câu La, còn Thổ Vạn Tự thì sợ hãi mà chết. Sau đó, Vương Thế Sung được Tùy Dạng Đế cho thống soái tướng sĩ đi đánh Lưu Nguyên Tiến, kết quả đã đánh bại và giết chết được Lưu. Ban đầu, Vương Thế Sung hứa sẽ không sát hại các binh sĩ của Lưu Nguyên Tiến nếu họ chịu đầu hàng, song đến khi họ đầu hàng, ông lại cho giết hết họ. Tuy nhiên, Tùy Dạng Đế cho rằng Vương Thế Sung là một tướng tài nên qua việc này thì càng tín nhiệm hơn.

Năm 614, một thủ lĩnh khởi nghĩa là Mạnh Nhượng (孟讓) đã tiến về phía nam từ quê hương Tề quận (nay gần tương ứng với Tế Nam, Sơn Đông), đến Hu Dị (盱眙, nay thuộc Hoài An, Giang Tô). Vương Thế Sung đã dẫn quân đi đánh Mạnh Nhượng và cho xây năm lũy để cản bước tiến của Mạnh, trong khi giả vờ là một đội quân yếu kém. Mạnh Nhượng cho rằng Vương Thế Sung là một kẻ bất tài nên đã cho trải quân tấn công Vương Thế Sung và cướp bóc khu vực. Vương Thế Sung thừa cơ đã phản công, quân của Mạnh Nhượng bị đánh bại và bản thân vị thủ lĩnh này phải chạy trốn.

Năm 615, trong lúc Tùy Dạng Đế đang ở tại Nhạn Môn (雁門, nay thuộc Hãn Châu, Sơn Tây), Thủy Tất khả hãn A Sử Na Đốt Cát Thế của Đột Quyết đã tiến hành tập kích và bao vây Nhạn Môn. Vương Thế Sung đã đem quân từ Giang Dô tiến đến Nhạn Môn cần vương bất chấp khoảng cách xa xôi, và trong hành trình, ông thường xuyên khóc lóc và tâm trạng rối bời, lo sợ cho sự an nguy của hoàng đế. Sau khi Nhạn Môn được giải vây, Tùy Dạng Đế được nghe kể về điều này nên càng tin tưởng vào lòng trung thành của Vương Thế Sung.

Năm 616, Vương Thế Sung trở thành Giang Đô thông thủ. Sau khi tướng Dương Nghĩa Thần đánh bại và giết chết thủ lĩnh khởi nghĩa Cách Thiên (格遷) ở Hà Bắc,[1] Vương Thế Sung đã đánh tan dư bộ của Cách Thiên, cũng như quân của thủ lĩnh Lô Minh Nguyệt (盧明月) ở Nam Dương. Tùy Dạng Đế cảm kích trước các chiến thắng của Vương Thế Sung, và đã đích thân thưởng rượu cho Vương.