福勒在俄亥俄州立大学学物理，1936年在加州理工学院获得核物理学博士学位。他的博士论文内容是关于质子与轻元素发生的核反应，这个过程对恒星内部的碳氮氧循环很重要。此后他一直到他逝世为止留在加州理工学院。他最著名的论文是1957年与玛格丽特·伯比奇、乔弗雷·伯比奇和弗雷德·霍伊尔一起写的《恒星内部的元素合成》（Synthesis of the Elements in Stars，Reviews of Modern Physics，第29卷，第4期，547-650页）。这篇论文描写了恒星内部通过核合成的反应而形成元素的过程。福勒是在俄亥俄州利马长大的，这是一个铁路枢纽。福勒终生爱好蒸汽机车，曾搭乘最后几次通过蒸汽机车拉的火车旅游西伯利亚铁路。他60岁生日时他的同事和学生送给他一部蒸汽机车模型。