Родился в христианско-фундаменталистской семье (ныне он называет себя арелигиозным).Вырос в Ок-Парк (Иллинойс).Окончил Колумбийский университет, где получил степени бакалавра по физике (1953) и магистра искусств (1954), а также доктора филос. (Ph.D.) по геологии (1958) — за работу в океанографии и климатической хронологии.
В альма-матер он затем сделал и карьеру на кафедре наук о Земле и окружающей среде, на которой в 1977—2004 годах был именным профессором геологии; первоначально он поступил на кафедру геологии ассистент-профессором в 1959 году, с 1961 года ассоцированный, с 1964 года профессор; и поныне он также именной профессор там же.Также является сотрудником университетской обсерватории и членом акад. комитета Института Земли.Член Американской академии искусств и наук, Американского геофизического союза и Европейского геофизического союза.Автор более 500 статей и 14 книг, в том числе неск. учебников.У. Броекера называют одним из популяризаторов термина «глобальное потепление» (который он сам впоследствии находил неудачным), который он впервые использовал в своей статье «Climatic Change: Are We on the Brink of a Pronounced Global Warming» в журнале Science в 1975 году, где точно предсказал нынешний подъём глобальных температур в результате повышения уровня углекислого газа.Его первая супруга умерла в 2007 году, шесть детей. Женился второй раз на своей многолетней сотруднице.