Nació el 5 setiembre de 1876 en Passau, Bavaria en el seno de una familia de nobles. Ingresó al ejército y el 3 de marzo de 1987 recibió los galones de teniente. Fue oficial de artillería al igual que sus compañeros Halder, Jodl y Kesselring.
Entre 1930 y 1933 comanda el Wehrkreis VII (Distrito de Defensa VII) asignado al Grupo de Ejércitos 2.
Luego de los acontecimientos que llevaron a la crisis que involucró a Blomberg-Fritsch en 1938, pasó al retiro, integrando el grupo de 16 altos oficiales destituidos por Hitler. Incorporado a la vida civil, se dedicó a escribir un estudio teórico sobre la guerra defensiva.
Cuando estalla la guerra con Polonia, es llamado para comandar el Grupo de Ejércitos C, pero permanece en Francia sin poder participar en las acciones en el frente polaco. Durante la Campaña de Francia, al frente del mismo grupo de ejércitos, participando en el poco importante ataque a la Línea Maginot, pero manteniendo inmovilizadas a las fuerzas francesas en el sur. El 19 de julio de 1940 fue nombrado Mariscal de Campo.
En 1941, dentro de los planes de la Operación Barbaroja, es asignado Comandante del Grupo de Ejércitos Norte, que tenía como principal objetivo ocupar la ciudad de Leningrado. En diciembre de 1941 unidades del Ejército 16 se vieron amenazadas de quedar cercadas y Leeb optó por ordenar el repliegue contra las órdenes expresas de Hitler de no ceder el terreno conquistado. Cuando Hitler asume el mando de las Fuerzas Armadas, Leeb es relevado del mando en la purga de generales que siguió a la decisión del Führer.
Después de la guerra fue juzgado por crímenes de guerra y en octubre de 1948 fue sentenciado a tres años de prisión, pero liberado inmediatamente. Wilhelm Ritter von Leeb, murió el 29 de abril de 1956 en Hohenschwangau.