Ze was de dochter van Koning Willem III en zijn tweede vrouw Koningin Emma. Haar kinderperiode werd gekenmerkt door een nauwe band met haar ouders, vooral met haar vader, die reeds 63 jaar was toen zij werd geboren.

Toen Koning Willem III stierf op 23 november 1890 waren er geen mannelijke nakomelingen. Daarom werd een speciale wet aangenomen die het mogelijk maakte dat de troonsopvolging in vrouwelijke lijn werd voortgezet. Conform de Nederlandse grondwet werd Wilhelmina's moeder Koningin Emma haar regentes totdat Wilhelmina de leeftijd van 18 jaar bereikte.

Op 31 augustus 1898 werd Wilhelmina ingehuldigd in de Nieuwe Kerk in Amsterdam. Op de leeftijd van twintig jaar, twee jaar na haar inhuldiging, dwong zij internationaal respect af (met uitzondering van de regeringen in de Angelsaksische wereld) toen zij een Nederlands marineschip opdracht gaf de Britse blokkade van Zuid Afrika te negeren en Paul Kruger, de verslagen president van Transvaal, te evacueren.

In 1901 trad Wilhelmina in het huwelijk met Prins Hendrik, hertog van Mecklenburg-Schwerin. Volgens verschillende berichten had deze playboy verscheidene buitenechtelijke kinderen. Hun huwelijk was ongelukkig, maar bracht na vier miskramen een troonopvolgster.

De geboorte van hun enige kind, Juliana op 30 april 1909, werd als een wonder beschouwd en in geheel Nederland spontaan gevierd. Als toegewijd moeder aanbad Wilhelmina hun dochter en zij bracht veel uren door met samen spelen. Ze kleedde en verzorgde haar kind zelf, in plaats van dit aan een kindermeisje over te laten. De koningin leerde haar dochter de protestantse bijbel zowel als alle facetten van het koninkrijk. Mede als gevolg hiervan ontwikkelden moeder en dochter een hechte band.

Voor het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog bezocht de jonge Wilhelmina de machtige keizer Wilhelm II van Duitsland. Deze pochte tegenover de kind-koningin van het kleine landje dat zijn gardisten bijna twee meter lang waren. Wilhelmina glimlachte beleefd en antwoordde dat, wanneer de sluizen geopend werden, dit kleine landje twee en een halve meter onder water stond. Na de eerste wereldoorlog vroeg deze zelfde keizer op 10 november 1918 Wilhelmina asiel. Hij bracht daarbij 'enkele kleinoden' mee, 59 wagonladingen. Wilhelmina verleende hem dit asiel, ondanks een dreigende eis van België tot annexatie van Zeeuws Vlaanderen en Zuid Limburg.

Wilhelmina bleek een krachtdadig vorstin, die haar bevoegdheden uitbuitte. Met name in de Amerikaanse pers zijn berichten gepubliceerd dat zij door haar schrander zakelijk inzicht het familiekapitaal vergrootte tot een miljard dollar. De Nederlandse koninklijke familie zou een van de grootste aandeelhouders van Koninklijke Olie zijn. Zij koos de zijde van Engeland en de Verenigde Staten inzake de annexatie van Mexicaanse olie. Haar sterke wil bracht Nederland ook in conflict met Venezuela over de Nederlandse Antillen. (In 2003 heeft Prins Bernhard zich tot Forbes Magazine gewend met cijfers die een veel minder goudomrand financieel plaatje te zien gaven.

Wilhelmina ontwikkelde zich tot een van de invloedrijkste monarchen sinds Willem van Oranje. Als negentien jaar oude koningin bood ze een van haar koninklijke paleizen in Den Haag aan als plaats waar landen hun geschillen vreedzaam konden laten beslissen door deze voor te leggen aan het Permanente Hof van Arbitrage.

Hoewel zij hielp om Nederland gedurende de Eerste Wereldoorlog neutraal te laten blijven, besloot Engeland om een handelsblokkade tegen Nederland in te stellen.

Burgerlijke onrust, aangemoedigd door de communistische revolutie in Rusland in 1917, stak in de naoorlogse jaren ook in Nederland de kop op. Een proclamatie door Wilhelmina kalmeerde de gemoederen toen ook de verschillen tussen extreem rijk en extreem arm werden aangepakt: ziekenhuizen, nieuwe woningen en beperking van de uitbuiting van arbeiders. De grote waterstaatkundige werken in de Zuiderzee stimuleerden de ontwikkeling. Nederland ontwikkelde zich tot een industriële natie.

Het overlijden van haar echtgenoot in 1934 bracht een moeilijk jaar ten einde, waarin ook haar moeder overleed.

Op 10 mei 1940 viel Duitsland Nederland binnen. Koningin Wilhelmina en haar gezin vluchtten naar Engeland. In Londen gaf ze leiding aan de Nederlandse regering in ballingschap.

Evenals Winston Churchill zond Wilhelmina radioboodschappen aan haar volk, via Radio Oranje. Zoals altijd nam ze geen blad voor de mond. Adolf Hitler noemde ze de 'aartsvijand van de mensheid'. Ondanks de hierop gestelde straf werden de uitzendingen in Nederland veel beluisterd. Gedurende de bijna vijf jaar durende bezetting groeide zij en de kleur oranje uit tot het symbool van bevrijding. Dit uitte zich in kleine zaken als het planten van oranje bloemen of het tonen van wortels zonder groen bij de groenteboer.

Gedurende de oorlog werd zij bijna gedood door een Duitse bom die dichtbij haar huis in South Mimms in Engeland neerkwam. Verscheidene van haar lijfwachten kwamen hierbij om, en het huis werd beschadigd.

Wilhelmina stimuleerde na de oorlog de wederopbouw van Nederland. Uit woede over het gebruik van Paleis het Loo door de Nazi's, gaf zij opdracht dit paleis af te breken. Het gezonde verstand overwon echter. Zij bracht persoonlijke bezoeken door het hele land, soms op de fiets.

Haar rol tijdens de politionele acties in Nederlands Indië was onderwerp van scherpe kritiek. Na een vijftigjarige ambtsperiode deed zij in 1948 troonsafstand ten gunste van haar dochter koningin Juliana. Na haar dood nam de invloed van de Nederlandse monarchie af, al bleef het koningshuis populair.

Na haar troonsafstand trok zij zich terug in Paleis het Loo. Tijdens de watersnoodramp van 1953 trad zij nog enkele malen in het publiek op, zij het per auto in plaats van op de fiets. Zij werkte tot op hoge leeftijd aan haar zakelijke investeringen, waarbij zij onder andere contact had met de Amerikaanse Mellon famile en de Europese Rothschilds.

Gedurende haar laatste levensjaren schreef ze haar autobiografie 'Eenzaam maar niet alleen'.

Wilhelmina stierf op 28 november 1962, 82 jaar oud, en werd begraven in het familiegraf in de Nieuwe kerk in Delft.