Nació el 17 de julio de 1837 en Eschweiler (Alemania). En sus estudios universitarios iniciados en 1855 se dedicó a las matemáticas y las ciencias naturales. Después de su tesis doctoral defendida en 1859, trabajó temporalmente en un instituto de enseñanzas medias en Bonn y posteriormente en el laboratorio químico de Bunsen en Heidelberg. En el año 1861 se fue a Paris y se dedicó durante una década al estudio de la economía, trabajando como periodista. En el año 1872 se convirtió en profesor extraordinario de economía nacional en la universidad de Estrasburgo; 1874 profesor ordinario de geografía, etnografía y estadística en Dorpat; 1876 profesor ordinario de economía nacional en Friburgo; 1884 en Breslau; 1887 en Gotinga. Murió el 24 de agosto de 1914.

Buena parte de la obra de Lexis está marcada por el intento de superar la corriente del historicismo alemán a través de la aplicación de mediciones estadísticas procedentes de las ciencias naturales en el campo de la demografía y economía. En este sentido, entre sus primeros trabajos figuran aquellos que ayudaron a la fundamentación matemática de la demografía. En el campo de las matemáticas se hizo un nombre propio por la Teoría de la dispersión. En el año 1903 se publicó una obra que resume esta fase de incursiones estadísticas y matemáticas en el campo de las ciencias sociales. Aparte de las investigaciones de esta índole, también publicó múltiples trabajos en el campo de la economía (teoría del dinero y del sistema financiero, ciencias de los seguros).

En la demografía, las aportaciones más notorias de Lexis son el denominado Diagrama de Lexis y el Punto de Lexis.

Las publicaciones más destacadas de Wilhelm Lexis en el campo de la demografía son:

Einleitung in die Theorie der Bevölkerungsstatistik, Strassburg, 1874. [Introducción a la teoría de la estadística demográfica]

Das Geschlechterverhältnis der Geborenen und die Wahrscheinlichkeitsrechnung. CJb 27, pp. 209-245. [La proporción de sexos de los nacidos y el cálculo de probabilidades]

Review of Annales de Démographie Internationale, 1882, SchmJb, pp. 1098-1100.

Abhandlungen zur Theorie der Bevölkerungs- und Moralstatistik, 1903, pp. 253. [Tratados sobre la teoría de la estadística poblacional y moral]

Review of Oppenheimer´s "Bevölkerungsgesetz des T.R. Malthus und der neueren Nationalökonomie", SchmJb 27, 1903, pp. 1126-1129. [Revisión de la obra "Ley de la población de Malthus y la nueva teoría económica" de Oppenheimer]

Allgemeine Theorie der Bevölkerung. HdS, 1909, pp. 913-919. [Teoría General de la Población]