Sohn eines begüterten Tuchfabrikanten. Studium in Zürich als Schüler des Physikers August Kundt, der ihn über Würzburg nach Straßburg mitnahm und dort habilitierte. Professor in Hohenheim, Straßburg, Gießen, Würzburg (1888-1899), München (1900-1920).

Röntgen, ein vorbildlich exakter Experimental-Physiker, war durch entscheidende experimentelle Prüfungen der Grundannahmen in der Maxwellschen Theorie des Elektromagnetismus maßgeblich beteiligt an der Wende von der klassischen zur modernen Physik: mit der Entdeckung des "Röntgenstromes" und mit der systematischen Untersuchung und Entwicklung der von ihm am 8. November 1895 entdeckten "Röntgen-Strahlen". Deren Anwendung führte zu grundlegenden Erkenntnissen über den Bau der Festkörper, über den menschlichen Körper und seine Funktionen, erschloß damit neue Wissenschaftsgebiete und leistete der Menschheit unschätzbare Dienste. Weitere Forschungsgebiete waren die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kristalle und neue Methoden der Hochdruck-Untersuchung.

Röntgen lehnte jede Beteiligung an der wirtschaftlichen und industriellen Verwertung seiner Entdeckungen strikt ab.

1901 erhielt er als erster den Nobelpreis für Physik.