Nació en Weimar , hijo mayor de Johann Ernst II, duque de Sajonia-Weimar y de la princesa Cristina Isabel de Schleswig-Holstein-Sonderburg .
Cuando su padre murió en 1683, lo sucedió como duque; sin embargo, se vio obligado a gobernar junto con su hermano menor Johann Ernst III .
Debido a que Juan Ernesto III era alcohólico , William Ernest tomó el control total del gobierno del ducado y le permitió a Juan Ernesto el título nominal de coduque ( Mitherr ) hasta su muerte en 1707. Después de la muerte de su hermano, nombró hijo de Juan Ernesto, Ernesto Agosto I, coduque, pero sin poder real.
Seis meses después de la muerte de su padre (2 de noviembre de 1683), William Ernest se casó en Eisenach con Charlotte Marie , su prima e hija mayor sobreviviente de su tío Bernardo II, duque de Sajonia-Jena , para asegurar las tierras familiares. En aquella época, el tutor de Carlota y de su hermano menor, el duque Juan Guillermo de Sajonia-Jena, era el duque Juan Jorge I de Sajonia-Eisenach, su único tío superviviente. Cuando murió en 1686, la tutela del duque de Sajonia-Jena pasó a manos de William Ernest, su primo y cuñado.
William Ernest era un luterano estricto y ordenó que solo se admitieran en sus fuerzas armadas hombres que pudieran leer y comentar escritos teológicos luteranos. El compositor Johann Sebastian Bach trabajó para el duque desde 1708, primero como organista y luego como Konzertmeister (director de la orquesta) en Weimar. Cuando Johann Samuel Drese murió en 1716, Bach solicitó su puesto de Kapellmeister (jefe del establecimiento musical de la corte), pero William Ernest nombró al incompetente hijo de Drese para el puesto; furioso, Bach solicitó su despido del servicio del duque. Molesto por la impertinencia de Bach, William Ernest hizo encarcelar a Bach durante cuatro semanas en una fortaleza antes de aceptar su despido.
El 23 de agosto de 1690, William Ernest y Charlotte Marie se divorciaron después de siete años de unión extremadamente infeliz y sin hijos. Dos meses después, el 4 de noviembre, el duque Juan Guillermo de Sajonia-Jena (hermano de Carlota María), murió sin herederos, y Wilhelm Ernst tomó posesión de parte de su ducado después de que se firmara un tratado con la rama de su familia de Sajonia-Eisenach.