Bateson sinh ngày 8 tháng 8 năm 1862 ở Whitby, vùng ven biển Yorkshire, con trai của William Henry Bateson. Thời niên thiếu, Bateson học ở trường trung học Rugby (Rugby School), sau đó học đại học ở St John's College thuộc Cambridge, rồi tốt nghiệp Cử nhân ở đây năm 1883 về lĩnh vực khoa học tự nhiên.

Sau khi ra trường, ông chuyên nghiên cứu về về động vật không xương sống. Từ năm 1883 ông sang Hoa Kỳ làm việc trong phòng thí nghiệm của William Keith Brooks, tại Phòng thí nghiệm Zoölogical Chesapeake ở Hampton, Virginia. Sau đó, khoảng năm 1884, ông trở về Anh thì chuyển sang chuyên ngành tiến hóa, nghiên cứu về biến dị và di truyền.[6]

Năm 1900, ông đọc bài báo "Thí nghiệm với cây lai" của Gregor Mendel mà Hugo de Vries, Carl Correns và Erich Tschermak von Seysenegg đã phát hiện trước đó không lâu, thì phát hiện ra rằng nhiều kết quả nghiên cứu của ông về sinh sản và kế thừa tính trạng đã được Mendel giải thích một cách hoàn hảo hơn cả bản thân mình. Từ đó, ông chuyển hẳn sang lĩnh vực khoa học mà ông gọi là Di truyền học (Genetics).

Ông mất ngày 8 tháng 2 năm 1926 ở London Borough of Merton, thọ 64 tuổi.