Вильгельм Гензель родился в семье пастора. Младшая сестра Вильгельм Луиза Мария была успешной писательницей.
В 1809 году в возрасте 15 лет Гензель приступил к занятиям в Берлинской архитектурной академии, но прервал обучение после нескольких семестров.
В 1811 году перевёлся в Берлинскую академию художеств. Его преподаватель анатомии и перспективы Фриш посодействовал, что Гензель принял участие в ежегодной выставке в академии в следующем году, где работа Гензеля получила одобрение критиков и награду жюри.Обучение Гензеля было прервано Наполеоновскими войнами.
В 1813 году он записался добровольцем в армию.
До 1815 года он участвовал в боевых действиях, в том числе в сражении при Баутцене и в Битве народов под Лейпцигом и получил несколько ранений.
В 1813 и 1815 году Гензель входил с армией в Париж и присутствовал при подписании Второго Парижского мира. Время в Париже Гензель использовал для посещения музеев и изучения размещавшихся в них художественных ценностей.Портрет будущей супруги художника Фанни МендельсонВернувшись в Берлин, Гензель получил признание как художник-портретист и вскоре стал бывать при дворе.
В 1821 году он участвовал в подготовке к торжествам по случаю визита царя Александра I. Вдохновлённый стихотворением Томаса Мора «Лалла Рук» , Гензель создал живые картины с действующими лицами из числа приглашённых гостей.
В благодарность за имевшую успех постановку прусский король Фридрих Вильгельм III назначил Гензелю крупную стипендию на путешествия, что позволило Гензелю проживать в Риме в 1823—1828 годах.
В вечном городе Гензель изучал творчество античных мастеров и проявил большой интерес к современному искусству. Гензель создал несколько копий творений Рафаэля.Осенью 1828 года Гензель вернулся в Германию и обосновался свободным художником в Берлине.
Он получал заказы от королевского двора, например, с Генрихом Делингом, Вильгельмом фон Шадовом и Кристианом Фридрихом Тиком он участвовал в оформлении залов берлинского драматического театра.
В январе 1829 года Гензель женился на Фанни Мендельсон-Бартольди, дочери банкира Абрахама Мендельсона-Бартольди и сестре композитора Феликса Мендельсона-Бартольди. У супругов родился сын Людвиг Феликс Себастьян. Гензель активно участвовал в культурной жизни Берлина и был вхож в два круга.
На встречах у юриста Юлиуса Эдуарда Хитцига он познакомился с писателями Адельбертом фон Шамиссо, Гельминой фон Шези, Гофманом, Эрнстом фон Хоувальдом, Фридрихом де ла Моттом Фуке и пианистом и композитором Людвигом Бергером.
В гостях у Фридриха Августа фон Штегемана он встречался с Клеменсом Брентано, Фердинандом фон Бюловом, братьями Эрнстом Людвигом и Людвигом Фридрихом Леопольдом фон Герлахами, Амалией фон Гельвиг, Максом фон Шенкедорфом и Вильгельмом Мюллером.
В салоне семьи Штегеман Гензель бывал ещё с 1815 года и подружился с дочерью Штегемана Гедвигой, которая впоследствии также прославилась в Берлине как хозяйка литературного салона.
В 1829 году Гензель получил звание художника королевского двора и был избран в правление академии художеств.Внуком его был математик Курт Гензель (1861—1941).