Weber vystudoval medicínu na Wittenberské univerzitě. V roce 1818 byl jmenován docentem srovnávací anatomie na Lipské univerzitě, kde byl v roce 1821 jmenován docentem anatomie a fyziologie.
Ve 20. nebo 30. letech 19. století začal Weber studovat hmatové smysly, dvoubodový práh a vnímání váhy. Svou ranou práci publikoval v roce 1834 v latině (De Tactu) a publikoval ji spolu s pozdější prací v roce 1846 v němčině (Tastsinn und Gemeingefühl). Zjistil, že diskriminace váhy je mnohem jemnější při aktivním zvedání, než když jsou závaží umístěna na podepřených rukou. Zjistil také, že právě znatelný rozdíl (jnd) změny velikosti podnětu (tj. malých závaží držených v ruce) je úměrný velikosti podnětu (např. 5%), spíše než absolutní hodnotě (např. 5 gramů). Gustav Fechner pojmenoval tento Weberův zákon. Fechner tento vztah dále zkoumal v 50. letech 19. století a integruje Weberovy poměrné jndy argumentoval logaritmickým vztahem mezi fyzickými a psychologickými (nebo vnímanými) veličinami. Tento nový zákon vešel ve známost jako Fechnerův zákon nebo Weberův-Fechnerův zákon a vytvořil základ Fechnerovy nové vědy o psychofyzice.
Weber je také známý svými objevy v anatomii, zejména objevem existence rudimentární dělohy u samčích savců, ale jeho větší sláva spočívá na jeho průkopnické práci v průzkumu smyslových orgánů. Jeho práce na uchu a na kožních smyslech – tlaku, teplotě a na tom, čemu se tehdy říkalo „zdravý rozum“ – vedla k zavedení experimentální metody v psychologii. Důležitý zákon, který obvykle nese jeho jméno, byl prvním obecným zákonem v psychofyzice. Nicméně Weber sám vytvořil velmi málo experimentálních dat na toto téma a pozdější práce ukázala, že zákon platí pro většinu smyslových modalit jen přibližně ve středním rozsahu. Weber nenavrhl žádný teoretický důvod, který by za zákonem stál. Byl by lépe zapamatován pro svou práci o vztahu mezi nervovou strukturou a vjemem.
V roce 1866 Weber odešel do důchodu jako profesor fyziologie a také jako profesor anatomie v roce 1871. Kolem této doby on a jeho bratr, Eduard Friedrich Weber, objevil inhibiční sílu bloudivého nervu.
Společné práce se svými bratry Wilhelmem Eduardem Weberem a Eduardem Friedrichem Weberem:
–
VIAF: 64080674 –
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–