1862年，进入乌德勒支一所技术实科学校，在这里因被诬告画了一位教师的漫画而被不公正地开除学籍，事实上漫画是别人画的，这一事实使他最终失去参加中学毕业证书考试的机会，对他顺利进入大学设立了一道障碍。
1865年，在舅舅的帮助下，以旁听生的身份进入乌得勒支大学。随后，为了能进入大学深造，去了瑞士的苏黎世大学，因为苏黎世不需要中学毕业证书；11月，进入苏黎世工业大学学习机械工程。
苏黎世工业大学有许多著名的教授，伦琴跟随在热力学方面做出了卓越贡献的克劳修斯学习热力学课程，并跟随1866年因发明用粉尘图形测量声速的方法而名声大振的孔特学习光的理论课程，还把孔特老师奉为自己的人生楷模。
1868年8月6日，以优异成绩破格提前获得了机械工程师的资格证书，并成为孔特主持的实验物理研究所的助手。在协助孔特实验半年后，开始独立选定了一直在关注“空气的比热”问题的课题。
在孔特老师的支持下于1869年6月22日以《各种气体的研究》的杰出论文获得哲学博士学位，并成为了苏黎世工业大学的助教。
1871年，随孔特到维尔茨堡大学工作。
1872年，随孔特到斯特拉斯堡大学工作；同年，随孔特到斯决司堡大学工作并升任讲师和副教授。
1879年，由于杰出的研究工作在济森大学取得了教授职衔。在这里主要是研究“光”和“电”的关系。
1888年，回到了威茨堡麦米伦大学，继孔特之后，任物理研究所所长。
1894年，被选任威茨堡麦米伦大学校长。
1895年11月8日，发现了X射线，为开创医疗影像技术铺平了道路。
1900年，任慕尼黑大学物理学教授和物理研究所主任。
1901年，成为诺贝尔奖金第一位物理学奖金获得者。根据不完全统计，他生前和逝世后所获得的各种荣誉不下于150项。
1923年2月10日，在慕尼黑逝世。
伦琴一生在物理学许多领域中进行过实验研究工作，如对电介质在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的比热容、晶体的导热性、热释电和压电现象、光的偏振面在气体中的旋转、光与电的关系、物质的弹性、毛细现象等方面的研究都作出了一定的贡献。
伦琴发现了X射线，为人类利用X射线诊断与治疗疾病开拓了新途径，开创了医疗影像技术的先河。为了纪念伦琴的成就，X射线在许多国家都被称为伦琴射线，另外第111号化学元素Rg也以伦琴命名。
X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响了20世纪许多重大科学发现。例如安东尼·亨利·贝克勒尔就因发现天然放射性，与居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。
伦琴射线直到今天最重要的应用领域仍然是医学诊断。用于诊断的射线强度已被大大降低，同时诊断结果可以显示更清晰的细节。在现代数字技术的帮助下，伦琴射线诊断已经可以提供人体内部三维图像。除了在医学上，伦琴射线还应用在微观世界的观察和对太空的研究。另外一个伦琴射线的重大应用领域是材料无损探伤。使用伦琴射线可以检测出金属材料和焊接部位的内部缺陷。
