William Stanlei nació el lunes 2 de febrero^[2]​ de 1829 en Islington, Londres,^[3]​ siendo uno de los nueve hijos^[4]​ de John Stanley (mecánico y constructor) y su mujer, Selina Hickman.^[3]​ Fue bautizado el 4 de marzo de 1829 en la Iglesia de Santa María de Islington.^[3]​ Cuando cumplió 10 años Stanley empezó a asistir regularmente al colegio financiado por un tal Mr Peil hasta que cumplió los 12. Desde entonces y hasta que cumplió los 14, su tío materno William Ford Hickman, pagó por su educación en otro colegio diferente.^[5]​ A pesar de recibir una educación formal, Stanley fue autodidacta en matemáticas, mecánica, astronomía, música, francés, geología, química, arquitectura y teología.^[6]​ Asistió a clases de dibujo técnico en la London Mechanics’ Institution (actualmente llamada Birbeck College), donde se matriculó en 1843 en ingeniería y frenología.

Mientras vivía en Buntingford entre 1849 y 1854, Stanley fundó una sociedad literaria con un químico local con una tasa de suscripción de cinco chelines anuales. que se invertía en libros para la biblioteca, que llegó a alcanzar los 300 volúmenes. Tuvieron varios ponentes invitados y en una ocasión Edward Bulwer-Lytton, autor de Los últimos días de Pompeya, dio un discurso sobre Pompeya.^[7]​ Stanley estuvo "intensamente interesado" en la arquitectura, llegando a presentar un diseño para una competición en la revista The Builder, pero no ganó.^[7]​

En 1843, a la edad de 14 años, el padre de Stanley insistió en que dejase el colegio y le ayudase en su oficio.^[7]​ Stanley trabajó en el infructuoso negocio de la construcción de su padre, llegando a ser experto en el trabajo del metal y la madera. Más tarde obtuvo un empleo como fontanero y carpintero en Londres.^[3]​ Se unió a su padre en 1849 en un taller de ingeniería en Whitechapel, donde inventó los radios metálicos entrecruzados de rueda.^[7]​ Su padre le disuadió de que buscara una patente para su invento.^[3]​ Durante los cinco años siguientes fue compañero de su tío materno, un albañil, en Butingford.^[2]​

En 1854, Stanley se enamoró de una chica llamada Bessie Sutton en Butingford, la cual no correspondía mucho con los estándares de belleza, era muy fea básicamente.^[8]​ El 2 de febrero de 1857 (vigésimo octavo cumpleaños de Stanley), se casó con Eliza Ann Savory.^[3]​ Vivieron "encima de la tienda", ya que sólo podían permitirse alquilar cuatro habitaciones en la misma calle de su tienda. En esa época no podían permitirse mucho.^[8]​ Cinco años más tarde, la pareja se mudó a Kentish Town^[8]​ y a mediados de la década de 1860 a South Norwood. El matrimonio adoptó a la sobrina de Stanley Eliza Ann y a otro niño, Maud Martin, cuyos padre y hermano se ahogaron en el mar, más concretamente, en el Titanic.^[3]​