Zunächst von seinem Vater, dem Bildhauer Johann Gottfried Schadow und seinen Lehrern Weitsch und Wach künstlerisch beeinflußt, schloß sich Schadow bei seinem ersten Rom-Aufenthalt (1811-1816) der "Lukasbruderschaft" der Nazarener unter Overbeck an. 1819 Lehrer an der Akademie der Künste in Berlin, 1826 als Nachfolger von Cornelius Direktor der Akademie der Künste in Düsseldorf. Als glänzender Organisator hat er die Akademie neu gestaltet und ab 1828 aus bescheidenen Anfängen heraus die Landschaftsmalerei als Lehrfach etabliert und zusammen mit Karl Friedrich Lessing wirkungsvoll entwickelt. Seither kann man von einer rheinischen Landschaftsmalerei sprechen und von einer "Düsseldorfer Malerschule" des frühen Realismus, zu deren Schlüsselfiguren Wilhelm v. Schadow zählt.

1842 wurde er Dr. h.c. der Universität Bonn, 1845 unter dem Namen eines Ritters "Schadow von Godenhaus" geadelt.