威廉·凯林出生于纽约市。他在北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学学习化学和数学，并于1982年获得医学博士学位。随后，他在马里兰州巴尔的摩的约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）实习。2002年，他成为马萨诸塞州剑桥市哈佛医学院的教授。

动物需要氧气才能将食物转化为有用的能量。几个世纪以来，人们一直了解氧气的重要性，但细胞如何适应氧气水平的变化一直是个未知数。威廉·凯林（William Kaelin）、彼得·拉特克利夫（Peter Ratcliffe）和格雷格·塞门扎（Gregg Semenza）发现了细胞如何感知和适应氧气可用性的变化。在20世纪90年代，他们发现了一种分子机制，可以根据不同的氧气水平调节基因的活性。这些发现可能会为贫血、癌症和许多其他疾病带来新的治疗方法。