威廉于1532年6月24日出生在卡塞尔，他是黑森伯爵
菲利普一世与萨克森的
克里斯蒂娜的第三个孩子和长子。他在两个姐姐
阿格内斯和
安娜之后才出生，并在之后成为黑森-卡塞尔家族的创始人。在约翰内斯·布赫和后来的尼古劳斯·罗丁从1540年起接管他的教育之前，他主要在弗劳恩茨默尔度过了生命中的头八年。在施马尔卡德战争期间，当时年仅14岁的他在斯特拉斯堡度过了一段时间，在那里他接触到了雅各布和约翰·施图尔姆、
马丁·布塞尔以及来自阿维尼翁的让·加尼耶。后来，他将后者带到卡塞尔，并于1562年任命他为宫廷布道者。1547年，
菲利普一世被皇帝俘虏，威廉在其父亲亲信的支持下临时接管了政权。随后他与姐夫萨克森选帝侯莫里茨结盟，参加了反对奥格斯堡临时政府的起义，并取得了成功。1552年的帕绍条约确保了菲利普一世的获释。在其父归国后的几年里，威廉也一直参与政府事务。他与符腾堡的扎比内的婚姻加强了黑森与符腾堡公爵之间的紧密联系。
1567年，卡塞尔的领地被分割，威廉接管了该领地的摄政权，之后，他努力确保整个家族的凝聚力，其父的遗嘱中规定的一些制度为这种凝聚力提供了保障。对外，他采取了温和的路线，试图在帝国和欧洲新出现的教派和联盟政策阵线之间进行调解，但在中期失败了。但这并不排除对法国胡格诺派和荷兰奥兰治派以及后来的瑞典国王
卡尔九世的支持。威廉还加强了自宗教改革以来与英国王室的联系，并在1577年赢得了女王
伊丽莎白一世的支持，成为他女儿伊丽莎白（1577-1578）的教母。在帕德博恩、富尔达和科隆，他支持新教党派反对教会君主的反宗教改革努力。他参与了帝国议会的解放运动，这使他与萨克森选帝侯的对立日益加剧。1582年的梅尔劳条约解决了他与美因茨选区之间长期存在的冲突。由于家族内部对父亲遗嘱的争执，菲利普第一次婚姻中的四位伯爵兄弟走到了一起。
他的同父异母兄弟迪耶兹伯爵和1583年去世的黑森-莱因费尔斯伯爵菲利普二世的遗产都是在双方同意的情况下分割的。这一经历促使威廉早在1576年就在遗嘱中写明了他那部分土地的不可分割性。对土地进行谨慎的经济重组体现在早期的统计手册经济状况中。威廉对科学的兴趣，尤其是对数学和天文学的兴趣，使他接触到了
第谷·布拉赫等人；威廉被认为是欧洲第一个现代天文台的建造者。与这种科学思想相一致，他还赞成公历改革。
他与符腾堡的扎比内（比他早去世11年）结婚后，共生育了11个子女，但其中只有5个长大成人，包括他的继承人
莫里茨。他与卡塞尔的一位市镇居民的女儿伊丽莎白·瓦伦斯坦有两个孩子：女儿克里斯蒂娜后来结了两次婚；儿子菲利普·威廉·冯·科恩贝格。1592年8月25日，威廉四世在卡塞尔去世。