Вильгельм Гауф родился 29 ноября 1802 года в Штутгарте, в семье Августа Фридриха Гауфа, который служил секретарём в министерстве иностранных дел, и Ядвиги Вильгельмины Эльзаэссер Гауф. Из четырёх детей он был вторым по старшинству.

В 1809 году отец Гауфа умер и семья была вынуждена переехать в город Тюбинген (Германия). В доме деда, отца матери, прошло все детство и юность Гауфа. Здесь он получил свое первое образование, прочитав находившиеся в домашней библиотеке книги известных классиков. Затем, в 1818 году Гауф отправился учиться в монастырскую школу, а в 1820 году поступил в университет Тюбингена. Через четыре года Гауф закончил университет с ученой степенью доктора теологии и философии.

Закончив университет, Гауф устроился репетитором в семью министра обороны генерала барона Эрнста Югена фон Хёгеля и стал наставником его детей. Вместе с этим семейством он совершил путешествие во Францию, с огромным интересом знакомился с северной и центральной частями Германии. За свою короткую жизнь он побывал в Париже, Брюсселе, Антверпене, пoceтил Кассель, родину братьев Гримм, Бремен, топографически точное описание которого мы находим в одной из его последних новелл «Фантасмагории в Бременском винном погребке», побывал в Берлине, Лейпциге, Дрездене.

Именно для детей барона фон Хёгеля были написаны его Märchen — волшебные сказки, которые впервые были опубликованы в "Альманахе сказок января 1826 года для сыновей и дочерей знатных сословий". В альманах были включены сказки "Маленький Мук", "Калиф Аист", "Корабль – призрак" и другие, сразу приобретшие популярность во всех странах, где говорили и читали по немецки. В том же 1826 году им были написаны первая часть романа "Странички мемуаров сатаны" (Mitteilungen aus den Memoiren des Satan) и "Человек с луны" (Der Mann im Mond). При этом свою сатирическую пародию "Человек с луны" Гауф опубликовал под именем модного тогда прусского автора Генриха Клаурена (Heinrich Clauren). Гауфа раздражало, что за бездарные любовные романы авторам выплачивают баснословные гонорары. Публика с восторгом встретила новый роман псевдо Клаурена, но вскоре подлог был обнаружен, и разразился скандал. По решению суда, Гауфу пришлось уплатить штраф в размере 50 талеров, зато его имя получило широкую известность в литературных кругах.

В апреле 1826 года в Штутгарте вышел исторический роман Гауфа "Лихтенштейн", вдохновленный произведениями Вальтера Скотта. Книга быстро завоевала популярность и стала одним из лучших романов исторического жанра в XIX веке. Особенным успехом роман пользовался в Германии, на землях Швабии, поскольку рассказывает об одном из самых интересных моментов истории этого края. Во время своих путешествий Гауф также дописал  "Мемуары сатаны" и опубликовал несколько коротких новелл, а также стихотворений, которые очень быстро стали народными песнями.

В январе 1827 года Гауф занял должность редактора Штутгартской утренней газеты и вскоре женился на своей кузине Луизе Гауф, в которую был влюблен с детства.  10 ноября 1927 у них родилась дочь Вильгельмина, однако уже 18 ноября 1927 года писатель умер от брюшного тифа. Гауф был похоронен в Штутгарте на кладбище Hoppenlau.

Литературное наследие Гауфа состоит из трех альманахов сказок, один из которых был выпущен его женой после его смерти, нескольких романах и поэмах.

В России Гауф стал известен в первую очередь своими рассказами, переведенными и переработанными Виссарионом Белинским, такими, как "Отелло", "Нищенка с Pon de Arts".

В 1997 году в немецком городе Байрсброн (Baiersbronn) был открыт "Музей сказок Вильгельма Гауфа".