William Ellis wurde am 24. August 1794 geboren, Sein Vater, Willaim Ellis gehörte der Arbeiterschicht an, sein älterer Burder William starb früh. Seine Mutter war eine geborene Bedborough aus Reading, am 13. August 1792 hatte die Hochzeit stattgefunden. William Ellis wurde religiös erzogen und entwickelte schon sehr früh eine Liebe zu den Pflanzen. Im Osten von England begann er eine Ausbildung als Gärtner, doch schon bald wechselte er zu einer begüterten Familie nach Stoke-Newington. Aufgrund seiner religiösen Haltung bewarb er sich an der London Missionary Society und wurde dort auch sofort akzeptiert.

Nach seiner Ausbildung am Homerton College und in Hampstead heiratete er am 9. November 1815 Mary Mercy Moore. Am 23. Januar 1816 stach das Schiff, mit dem er und seine Frau an einer Expedition durch die Südseeinseln teilnahmen, in See. In Eimeo, einer der Windward Islands, die sie nach einem Zwischenstop in Sydney erreichten, und lernten die dortige Sprache. Bei diesem Aufenthalt sprachen zahlreiche Stammeshäuptlinge der benachbarten pazifischen Inseln vor, und luden sie auf ihre Inseln ein. Zusammen mit den Geistlichen John Orsmond und John Williams und deren Frauen erreichten sie im Juni 1818 Huahine. Dort wurden sie von König Tamatoa von Raiatea und zahlreichen Vertretern der benachbarten Inseln begrüßt.

Mit einigen wenigen reisten Ellis dann von Tahiti auf dem Schooner Mermaid weiter nach Hawaii (damals Sandwich Inseln). Begleitet wurden sie von einem, mit sechs Kanonen bestückten Schooner Prince Regent , der König Kamehameha II. als Geschenk überreicht werden sollte. Am 16. April 1822 trafen sie auf Hawaii ein, edoch am 27. August 1822 kehrten sie schon wieder nach Tahiti zurück. Kurze Zeit darauf schickte er seine Familie wieder nach Hawaii und traf selber dort im Juni 1823 dort ein, um mit den amerikanischen Missionaren Asa Thurston, Artemas Bishop und Joseph Goodrich bei der Erkundung der Insel zu helfen. Ihre Aufgabe lag darin, Orte für Missionen zu finden und diese vorzubereiten. So besuchten sie die verschiedenen Inseln, untersuchten aber auch die interessante Flora rund um den Mauna Loa und Mauna Kea. Ellis ist es zu verdanken, das die Hawaiianische Sprache ins Römische Alphabet übertragen wurde. Im August 1824 kehrte er wegen der Erkrankung seiner Frau über die U.S.A. nach England zurück. Dort veröffentlichte er seine Erzählungen über die Reisen auf Hawaii. Bei der London Missionary Society hatte er zunächste die Assistenten Stelle als Sekretär der Auslandsabteilung, kurze Zeit später wurde er jedoch schon Chefsekretär dieser Abteilung.
Am 11. Januar 1835 starb seine Frau Mary Mercy Ellis, und hinterließ ihm 4 Kinder. William veröffentlichte 1836 eine Biographie über das Leben seiner Frau.

Bereits 2 Jahre später heiratete er Sarah Stickney (1799-1872). Sarah, die ursprünglich als Quäkerin erzogen worde, besaß ein starkes Selbstbewußtsein und adaptierte schnell den Glauben ihres Mannes. Ebenso teilte sie die Vorliebe ihres Mannes bezüglich der Schriftstellerei und verbrachte viel Zeit mit dieser Beschäftigung. Besonders erwähnenswert sind Ihre Werke über Die Rolle der Frau in der damaligen Gesellschaft.

Ellis hatte sich zu dieser Zeit viel Respekt und Anerkennung für seine Bücher erworben. Sein erfolgreichstes war Polynesian Researches , das von Robert Southey als das interessanteste Buch, das je veröffentlich wurde in einer Kritik in Quarterly Review beschrieben wurde. Diese Kritiken öffenten ihm die Tore bei den LMS Missionaren, die häufig fälschlich als Leute beschrieben wurden, die auf naive Weise sich um Bildung und Freiheit der Eingeborenen kümmern würde und den Sinn der Reisen in Handel und Kommerz vernachlässigen würden.

Ellis wurde von den Direktoren der LMS beauftragt, seine Studien über Madagaskar zu Papier zu bringen. So erschien bereits 1838 ein zweibändiges Werk History of Madagaskar . In 1844 kündigte er aus gesundheitlichen Gründen bei der LMS und zog sich mit seiner Frau in ein kleines, ländliches Dorf Hoddesdon, Hertfordshire, ca. 30km nördlich von London, zurück. 1847 betreute er die Gemeinde als Pastor.

1852 fühlte sich Ellis wieder fit genug, um das Angebot der LMS anzunehmen, eine Reise nach Madagaskar im offiziellen Auftrag zu übernehmen. Nachdem er die beindruckende Wirkung von der gedruckten Bibel auf seiner Polynesien Reise beobachtet hat, beschloss er, diesmal mit einer Kamera die Inseln zu erforschen: Wenn schon Gedrucktes Werk eine solche Reaktion hervorruft, um wieviel grösser muß dann der Effekt bei Bildern sein . Bei seiner Ankunft in 1853 wurde ihm jedoch die Einreise verweigert, so dass er auf Mauritius sein Lager errichtete. Von hier wagte er bald einen erneuten Versuch, aber auch diesmal wurde ihm wieder die Einreise verweigert. 1856 erhielt er von der Königin die Erlaubnis, Madagaskar für einen Monat zu besuchen. Aufgrund dieser Möglichkeit veröffentlichte er 1858 das Buch Three Visits to Madagaskar .

Bei seinem vierten Besuch 1861 wurde im gestattet, die Insel zu erkunden. Die Verzögerungen wurden auf den französischen Einfluss in der Gegend zurückgeführt. Ellis blieb bis 1865 und legte die Grundlagen für die Christianisierung. Im selben Jahr kehrte er zurück nach England, wo er begeistert gefeiert wurde, und hielt in den folgenden Jahren zahlreiche Vorträge über seine Reisen und religiösen Einflüsse, die er hinterlassen hat. Bereits 1868 bestieg eine christliche Königin den Thron von Madagaskar.

Seine vierte Reise durch Madagaskar beschrieb er in Madagascar Revisited (1867) und Martyr Church of Madagascar (1870). 1872 erkältete er sich auf einer Zugfahrt und starb wahrscheinlich an dieser Erkrankung am 9. Juni 1872. Seine Frau überlebte ihn nur um 7 Tage. William Ellis wurde in Abney Park Cemetery, London begraben, seine Frau wollte in der Nähe ihres Landsitzes begraben werden.

Kurz nach seinem Tod veröffentlichten John und Henry Allon eine Biografie über sein Leben.