Уильям Сильвестр Харли родился 29 декабря 1880 года в городе Милуоки, США. Его отец, Уильям Харли-старший был инженером-железнодорожником, а мать – Мэри Смит, эмигранткой из города Литлпорт, Кембриджшир, Англия. Позже семья переехала в северную часть Милуоки.В 15 лет Уильям начал работать на велосипедной фабрике. В 1901 году, будучи учеником чертежника, он создал первый проект двигателя, который предполагал установить на обычный велосипед. Воплотить проект в жизнь он смог в сотрудничестве со своим другом Артуром Дэвидсоном, создав в 1901 году мотоцикл, а точнее велосипед с мотором. В осуществлении задуманного друзьям помогали Генри Мелк - владелец механического магазина в Северном Милуоки, а позже - Оле Эвинруд - производитель бензиновых автомобильных двигателей.

В 1903 году, Уильям Харли и Артур Дэвидсон основали компанию «Harley-Davidson Motor Company», занимающуюся производством мотоциклов.

Затем компания начала работу над новым, более современным мотоциклом. Этот был первый мотоцикл в современном смысле этого слова, который имел двигатель объемом 405 см³ и весил менее 13 килограмм. В разработке нового мотора участвовал все тот же инженер Оле Эвинруд, один из пионеров американского моторостроения.

Большинство основных узлов были изготовлены в основном в мастерской железнодорожного депо Западного Милуоки, где старший из братьев, Уильям А. Дэвидсон, работал инструментальщиком. Прототип был закончен 8 сентября 1904 года и в тот же день, мотоцикл принял участие в мотогонках на «State Fair Park». Гонщиком являлся Эдуард Хилдебранд. Эта гонка стала первым документированным появлением мотоцикла под брендом «Харли-Дэвидсон».

Впоследствии, Уильям Сильвестр Харли работал главным инженером и казначеем компании, параллельно преподавая в колледже и работая в конторе архитектора Мэдисона. В свободное время он занимался охотой, рыбалкой и гольфом, а также рисованием и фотографией диких животных.

Уильям Харли умер 18 сентября 1943 года, в возрасте 62 лет от сердечной недостаточности. Похоронен в городе Милуоки, США.