出生于美国加利福尼亚州洛杉矶，并在洛杉矶高中就读。他于1930年首次入学，1934年获得加州大学伯克莱分校化学学士学位。威利斯·兰姆在罗伯特·奥本海默的指导下完成中子散射研究，他于1938年获得物理学博士学位。由于当时可用的计算方法有限，这项研究在鲁道夫·穆斯堡尔在1958年发现梅斯堡效应之前未受重视。他从事核子理论、雷射物理和量子力学研究。威利斯·兰姆于1956年至1962年在牛津大学担任物理学教授，并在耶鲁大学、哥伦比亚大学、史丹福大学和亚利桑那大学任教。他于1963年当选美国艺术与科学学院院士。