Là một phi công được cấp phép và là Chủ tịch của Trung tâm Hàng không Hạng nhẹ Anh, William sở hữu một số máy bay và tham gia các cuộc đua trình diễn hàng không nghiệp dư. Vào ngày 28 tháng 8 năm 1972, khi ông đang thi đấu tại Goodyear International Air Trophy tại Halfpenny Green gần Dudley. Vyrell Mitchell - một phi công khác mà William thường đua cùng - được liệt kê là một hành khách. Ngay sau khi cất cánh và khi đang ở độ cao rất thấp, chiếc Piper Cherokee đột ngột lao về phía cảng; có sự gia tăng đáng kể về tốc độ rẽ và mất độ cao tương ứng. Cánh của máy bay va vào một thân cây bị đứt lìa và chiếc máy bay mất kiểm soát bị lật và đâm vào một bờ đất, bốc cháy. Cả William và Mitchell đều đã mất mạng trong vụ tai nạn này.[20][21] Vụ tai nạn xảy ra trước 30.000 khán giả, ngọn lửa mất hai giờ để kiểm soát và các thi thể được xác định trong cuộc điều tra vào ngày hôm sau từ hồ sơ nha khoa.

Vương tử Henry, sức khỏe yếu vào thời điểm này nên tin tức về sự qua đời của William không được mẹ ông tiết lộ. Sau đó, bà thừa nhận trong hồi ký của mình rằng tuy bà không làm vậy, nhưng Vương tử Henry bằng cách nào đó đã có thể đã biết về cái chết của con trai mình trước khi được truyền thông đưa tin.

William được chôn cất tại Khu chôn cất Hoàng gia, Frogmore. Ngôi trường tổng hợp ở Oundle, mà ông mở vào năm 1971, được đổi tên thành Prince William School để tưởng nhớ ông. Di chúc của ông được niêm phong tại London sau khi ông qua đời vào năm 1972. Tài sản của ông trị giá 416.001 bảng Anh (tương đương 3,9 triệu bảng vào năm 2022 khi điều chỉnh theo lạm phát).[22]

William là người thừa kế ấn định cho tước vị Công tước xứ Gloucester, Bá tước Ulster và Nam tước Cullodencủa cha mình. Sau khi ông qua đời, em trai của ông là Vương tôn Richard đã trở thành người thừa kế rõ ràng và kế vị những tước vị này vào năm 1974. William là người cháu đầu tiên của vua George V và Vương hậu Mary qua đời.[23]