威廉玛丽学院是当地土著和殖民者的后代兴建一所高等学府，是弗吉尼亚殖民地领袖最早的几个目标之一。在获得当时英国君主的特许之后，美国第二古老的大学由此延生。而威廉玛丽学院校名则得名于英国国王威廉三世和玛丽二世。
在威廉斯堡成为城市之前的1695年，今天名为克里斯托弗·雷恩爵士大厦（Sir Christopher Wren Building）的大学主楼就开始破土动工了。
威廉玛丽学院的首任校长由布菜尔牧师担任，学生和教授都被要求信仰英国国教。学校的资金由殖民地的烟草税和皮毛税支持。
威廉斯堡在1699和1780年间是弗吉尼亚殖民地的首府，自然而然的成为了托马斯·杰斐逊、詹姆斯·门罗、约翰·泰勒三位美国总统的母校。乔治·华盛顿也曾担任学校的校监。
弗吉尼亚于1786年借着美国革命的东风推进了信仰自由。在校长麦迪逊和校董的倡导下，威廉玛丽学院也很快顺应潮流接受其他信仰的学生入学。威廉玛丽学院在1779年成为全美首个设立法学和医学研究生院的高等学府。
在同一时期，校长还与当地的政治领袖一道协力推进了各项改革，废除了神学院及士著学院并建立了全美首个学术荣誉体系。
威廉玛丽学院的学生组织了全美首个秘密大学结社以及其他一些源远流长的社团、兄弟会和秘密俱乐部。威廉玛丽学院的大学校友于1842年自发组织了校友协会。校园内的校友楼是为数不多的几幢战前建筑之一。
美国内战期间，威廉玛丽学院的学生几乎尽数加入南军，教员不得不通过投票关闭了学校。随着战争的进行，占领威廉斯堡的北军纵火几乎将主楼焚毁殆尽。
战后的弗吉尼亚百废待兴，尽管威廉玛丽学院的第十六任校长本杰明·斯托德·艾维尔努力使用自己的私人资产试图恢复学校，但威廉玛丽学院仍不幸于1882年破产。
弗吉尼亚州政府终于在1888年通过法律批准了一万美元的预算，将威廉玛丽作为师范学院而复校。不久之后弗吉尼亚的州议会再次于1906年通过法律接收校园，由此也奠定了威廉玛丽学院作为州立大学的地位。
威廉玛丽学院于1918年先开始录取女生，学生人数也由1889年的104人增加到1932年的1269人。
由美国石油大亨洛克菲勒家族出资，在一位牧师兼历史学家的带领下，不少校园中的地标建筑得以恢复原貌。威廉玛丽于1951年首次招收黑人学生，但直到1970年所有的项目才对非裔美国人开放。
