Willem sinh ngày 19/02/1817 tại Cung điện Quốc gia ở Brussels[2], thời điểm đó vẫn thuộc Vương quốc Hà Lan (ngày nay là thủ đô của Vương quốc Bỉ). Ông là con trai cả của Hoàng tử Willem xứ Orange (sau là Vua Willem II) và mẹ là Anna Pavlovna của Nga. Ông có 3 em trai, một trong số họ đã qua đời khi còn bé, và một em gái.[3]

Năm 1827, khi mới 10 tuổi, ông được phong quân hàm đại tá danh dự trong Quân đội Hoàng gia Hà Lan. Trong năm 1830, ông giữ chức trung uý trong Trung đoàn Grenadiers. Năm 1834, ông được phong làm chỉ huy danh dự của Trung đoàn Grenadiers của Kiev, thuộc Đế quốc Nga.[4]

Ông kết hôn với người em họ đầu tiên của mình - Công chúa Sophie, con gái Vua William I của Württemberg và mẹ của cô là Catherine Pavlovna của Nga. Họ thành hôn tại Stuttgart vào ngày 18/06/1839 và cuộc hôn nhân này đã không hạnh phúc. Sophie là một trí thức tự do, ghét mọi thứ thể hiện tư tưởng độc tài, chẳng hạn như quân đội. Trong khi đó Willem III lại là một vị quân chủ bảo thủ, yêu thích quân đội. Thông qua thư từ với Sophie, Nữ hoàng Victoria của Anh đã gọi Willem III là "một nông dân thất học".

Willem rất ghét những thay đổi Hiến pháp năm 1848, do cha ông là Willem II của Hà Lan và Johan Rudolf Thorbecke khởi xướng. Cha ông xem bản hiến pháp này là chìa khoá để giúp nền quân chủ Hà Lan tiếp tục tồn tại. Sophie, một người theo chủ nghĩa tự do cũng có chung quan điểm này. Bản nhân Willem thì xem đây là bức tường hạn chế quyền lực hoàng gia và ông thích cai trị đất nước theo kiểu chuyên chế khai sáng theo khuôn mẫu của ông nội mình, Vua Willem I của Hà Lan. Ông đã từng nghĩ đến việc nhường ngôi cho em trai mình là Hoàng từ Henry và sau đó là cho người con trai lớn, nhưng mẹ của ông đã thuyết phục ông hủy bỏ quyết định này.[5]

Vào ngày 17/03/1849, cha của ông qua đời, lúc đó Willem đang là khách của Nữ công tước Cleveland trong Lâu đài Raby. Các đại diện của chính phủ Hà Lan đã đến London để đưa ông về Hà Lan. Willem miễn cưỡng quay trở về. Tuy ông đã đồng ý với mẹ mình lên ngôi vua, nhưng trong một thời gian dài ông đã phân vân về quyết định này.[6]