Sinh tại Pittsburgh, Pennsylvania, Fowler theo gia đình di chuyển về cư ngụ ở Lima, Ohio lúc lên 2 tuổi. Ông đậu bằng cử nhân ở Đại học bang Ohio năm 1933, sau đó học tiếp ở Học viện Công nghệ California và đậu bằng tiến sĩ vật lý hạt nhân năm 1936. Bài khảo cứu khoa học của ông Synthesis of the Elements in Stars (Reviews of Modern Physics, vol. 29, Issue 4, pp. 547–650), viết chung với E. Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge và Fred Hoyle, được xuất bản năm 1957. Tác phẩm này thường được gọi là B²FH[1].

Fowler kế vị Charles Lauritsen làm giám đốc Phòng thí nghiệm bức xạ Kellogg ở Học viện Công nghệ California, và sau này ông được Steven E. Koonin kế vị.

Là một người yêu thích các đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước, ông sưu tập được nhiều mẫu các kích thước đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước khác nhau. Ngày sinh nhật thứ 60, ông đã nhận món quà là mô hình đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước do các đồng nghiệp và sinh viên cũ tặng.[2] Ông qua đời ở Pasadena, California.