Вильгельм Гензель родился в семье пастора. Младшая сестра Вильгельм Луиза Мария была удачной писательницей. В 1809 году в возрасте 15 лет Гензель приступил к занятиям в Берлинской строительной академии, но оборвал обучение после нескольких семестров. В 1811 году перевёлся в Берлинскую академию художеств. Его педагог анатомии и перспективы Фриш помог, что Гензель принял роль в каждогодней выставке в академии в будущем году, где работа Гензеля получила одобрение критиков и заслугу жюри.
Обучение Гензеля было прервано Наполеоновскими войнами. В 1813 году он записался добровольцем в армию. До 1815 года он участвовал в боевых действиях, в том числе в сражении при Баутцене и в Битве народов под Лейпцигом и получил несколько ранений. В 1813 и 1815 году Гензель заходил с армией в Париж и находился при подписании Второго Парижского мира. Время в Париже Гензель использовал для посещения музеев и исследования размещавшихся в их художественных ценностей.
Портрет будущей супруги художника Фанни МендельсонВозвратившись в Берлин, Гензель получил признание как художник-портретист и скоро стал бывать при дворе. В 1821 году он участвовал в подготовке к торжествам по случаю визита царя Александра I. Вдохновлённый стихотворением Томаса Мора «Лалла Рук», Гензель сделал живы картины с действующими лицами из числа приглашённых гостей. В благодарность за имевшую фуррор постановку прусский повелитель Фридрих Вильгельм III провозгласил Гензелю крупную стипендию на путешествия, что позволило Гензелю проживать в Риме в 1823—1828 годах. В нескончаемом городке Гензель изучал творчество древних мастеров и показал большой энтузиазм к современному искусству. Гензель сделал несколько копий творений Рафаэля.
Осенью 1828 года Гензель возвратился в Германию и основался свободным художником в Берлине. Он получал заказы от царского двора, к примеру, с Генрихом Делингом, Вильгельмом фон Шадовом и Кристианом Фридрихом Тиком он участвовал в оформлении залов берлинского драматического театра.
В январе 1829 года Гензель женился на Фанни Мендельсон-Бартольди, дочери банкира Абрахама Мендельсона-Бартольди и сестре композитора Феликса Мендельсона-Бартольди. У супругов родился отпрыск Людвиг Феликс Себастьян. Гензель интенсивно участвовал в культурной жизни Берлина и был вхож в два круга. На встречах у юриста Юлиуса Эдуарда Хитцига он познакомился с писателями Адельбертом фон Шамиссо, Гельминой фон Шези, Гофманом, Эрнстом фон Хоувальдом, Фридрихом де ла Моттом Фуке и пианистом и композитором Людвигом Бергером. В гостях у Фридриха Августа фон Штегемана он встречался с Клеменсом Брентано, Фердинандом фон Бюловом, братьями Эрнстом Людвигом и Людвигом Фридрихом Леопольдом фон Герлахами, Амалией фон Гельвиг, Максом фон Шенкедорфом и Вильгельмом Мюллером. В салоне семьи Штегеман Гензель бывал ещё с 1815 года и сдружился с дочерью Штегемана Гедвигой, которая потом также прославилась в Берлине как хозяйка литературного салона.
В 1829 году Гензель получил звание художника царского двора и был избран в правление академии художеств.