Urodzony w Nantwich, Cheshire, trzeci syn bankiera i botanika/geologa amatora, Bowman uczęszczał od 1826 r. do Hazelwood School w pobliżu Birmingham. Przypuszcza się, że wypadek z udziałem prochu strzelniczego w dzieciństwie zainteresował go medycyną i w 1832 r. został przyjęty na staż u chirurga Josepha Hodgsona w Birmingham General Hospital. Opuścił Birmingham w 1837 roku do dalszego szkolenia jako chirurg i uczęszczał do King’s College w Londynie, gdzie służył jako prosektor pod Robert Bentley Todd, profesor physiology.

Jego najwcześniejsza godna uwagi praca była na strukturze mięśni prążkowanych, za co został wybrany Fellow of the Royal Society w 1841 roku. W młodym wieku 25 lat zidentyfikował to, co wówczas stało się znane jako torebka Bowmana, kluczowy element nefronu. Swoje odkrycia przedstawił w 1842 r. w pracy „On the Structure and Use of the Malpighian Bodies of the Kidney” („O strukturze i zastosowaniu ciałek Malpighiego w nerkach”) Towarzystwu Królewskiemu i został odznaczony Medalem Królewskim. Jego współpraca z Toddem doprowadziła do opublikowania pięciotomowej „Anatomii fizjologicznej i fizjologii człowieka” (1843-1856) oraz „Cyclopaedia of Anatomy and Physiology” (1852), które szczegółowo opisywały ich badania nad mikroskopią i histologią, odnosząc minutowe obserwacje anatomiczne do funkcji fizjologicznych. Ich szerokie zastosowanie mikroskopów zrewolucjonizowało studia nad anatomią i fizjologią. Oprócz torebki Bowmana, do innych struktur anatomicznych nazwanych jego imieniem należą:

• Gruczoły Bowmana – w błonie śluzowej węchu
• Błona Bowmana – przednia błona ograniczająca w rogówce

Po ukończeniu szkolenia chirurgicznego w 1844 r. Bowman praktykował jako okulista w Royal London Ophthalmic Hospital (później znany jako Moorfields Eye Hospital). Był wczesnym użytkownikiem oftalmoskopu wynalezionego przez Hermanna von Helmholtza w 1851 roku. W latach 1848-1855 wykładał również w King’s College. W 1880 roku założył „Ophthalmological Society”, które później przekształciło się w Royal College of Ophthalmologists.

W 1870 roku zlecił architektowi Philipowi Webbowi przebudowę Joldwynds, domu Bowmana w Holmbury St Mary, Surrey. Została ona ukończona w 1874 roku.

W 1884 roku królowa Wiktoria nadała mu tytuł baroneta. Zmarł w Joldwynds 29 marca 1892 roku i został pochowany na sąsiednim cmentarzu kościelnym w Holmbury St Mary. Pomnik ku jego czci znajduje się w kościele St James’s Church, Piccadilly.

Pomnik Sir Williama Bowmana, 1. baroneta, w kościele St James’s, Piccadilly.

.