ולס נולד בברומלי במחוז קנט באנגליה. הבן הצעיר מבין שלושה אחים; אביו היה בעל חנות ושחקן קריקט ואמו הייתה עוזרת בית. כשנכשל אביו בעסקיו נאלץ ולס, כמו אחיו, להפסיק את לימודיו ולעבוד כשוליה של סוחר בדים. את עבודתו בשנים 1880 עד 1883 תיאר אחר-כך ברומן "קיפס" (Kipps).
בשנת 1883 החל ולס ללמוד וללמד בבית-ספר "מידהרסט". בגיל 18 קיבל מלגת לימודים בבית הספר למדעים בלונדון. הוא למד ביולוגיה אצל הביולוג הנודע תומאס הנרי האקסלי, השתתף בחוגי דיונים וכתב בעיתון מדעי של האוניברסיטה. בשנים אלה התחיל להתעניין ברפורמות חברתיות, ופנה לכיוון רעיונות סוציאליסטים. התעניינותו בלימודים דעכה והוא הפסיק את לימודיו ב-1887. במשך ארבע שנים לימד בבית ספר פרטיים וקיבל תואר ראשון רק בשנת 1890.
שנה אחר כך התיישב בלונדון ונשא לאישה את דודניתו איזבל. ולס המשיך לעסוק בהוראה עד שנת 1893, אז החל להקדיש את כל זמנו לכתיבה. ב-1894 עזב ולס את איזבל אשתו לטובת אחת מתלמידותיו לשעבר, איימי קתרין רובינס, והתחתן איתה ב-1895. נולדו להם שני בנים - ג'ורג' פיליפ ופרנק ריצ'רד.
ספריו הראשונים היו ספרי מדע בדיוני. ב-1895 ראה אור ספרו הראשון "מכונת הזמן" שזכה להצלחה. ספרו השני היה "האי של ד"ר מורו" (1896), בו מסופר על מדען מטורף ההופך חיות ליצורים אנושיים. ב-1897 פרסם את "האיש הבלתי נראה" על מדען המצליח להפוך עצמו לבלתי נראה, ו"מלחמת העולמות" שראה אור ב-1898 הוא רומן העוסק בפלישת אנשי המאדים לכדור הארץ.
הספר "האנשים הראשונים על הירח" היה ספר נבואי על השיטות לטיסות לחלל, וספרו "מלחמה באוויר" (1908) מתאר את התוצאות הקטסטרופליות היכולות להיגרם ממלחמות אוויריות. הרומנים הבאים שכתב "Love and Mr. Lewisham" (אהבה ומר לווישם) ו"קיפס" לא השתייכו לז'אנר המדע הבדיוני והעלו את ההערכה אליו כסופר. בנוסף לרומנים פרסם ולס פמפלטים ביקורתיים על הסדר החברתי באנגליה הוויקטוריאנית, ביניהם Anticipations (ציפיות) (1901), ו"אוטופיה מודרנית" (1905).
מערכת יחסים שהייתה לו עם אמבר ריבס, בתם של פעילים מרכזיים באגודה הפביאנית, מצאה ביטויה ברומן "אן ורוניקה". הספר עורר סערה, והיו שכינו את "אן ורוניקה" רעל רוחני, בטענה שהוא ישחית את הנוער. ולס אמנם הוחרם, אך החרמתו העלתה את הפופולריות שלו בקרב הדור הצעיר כיוון שנתפס כמורד במוסכמות.
ולס הצטרף לתנועה הפביאנית בלונדון, אך במהרה הסתכסך עם ראשי האגודה, ביניהם ג'ורג' ברנרד שו. התנסות זו היוותה את הבסיס לספר "מקיאבלי החדש" (1911), בו הוא מתאר את הפביאנים הידועים. במשך נישואיו של ולס לאיימי היו לו קשרים עם נשים אחרות, בין השאר עם אמבר ריבס. מרומן זה נולדה להם בת; בשנת 1911 הייתה לו מערכת יחסים עם עיתונאית, רבקה וסט. רבקה הייתה צעירה ממנו ב-26 שנה, ולשניים נולד ילד מחוץ לנישואין - אנטוני וסט. נשותיו והמאהבות שלו היוו בסיס לדמויות הנשיות ברומנים שכתב. ביניהן היו כמה דמויות מרשימות כמו מורה באדברג,המתרגמת והמרגלת, מרגרט סאנגר - חלוצת ההפלות,הסופרת מרתה גלהורן(אשתו השלישית של המינגוויי),היורשת הנטודעת קונסטאנס קולידג', ועוד רבות אחרות.
ב-1913 כתב את "העולם יוצא לחופשי" (The World Set Free) ספר המזהיר מפני סכנות המלחמה, ומנבא את מלחמת העולם הראשונה. מעבר לכך, ספר זה מנבא לראשונה את האפשרות לבניית נשק גרעיני. וולס הוא אשר הטביע את המונח "פצצת אטום", המופיע לראשונה בספר זה, למונח מקובל בכל שפות העולם. אם כי פרטי הפצצה שחזה וולס שונים מאלה של הפצצות הגרעיניות שנבנו בפועל (וולס חזה פצצה המבוססת על רדיום ולא על אורניום ופלוטוניום) הרי את תוצאותיה חזה בדייקנות (כלומר, פצצה אחת שמוטלת מהאוויר ומספיקה כדי להשמיד לחלוטין עיר שלמה). אחדים מן הפיזיקאים שנטלו בשנות השלושים והארבעים חלק במחקר שהביא ליצירת הפצצות הגרעיניות הראשונות הצהירו במפורש כי שאבו השראה מספר זה.
לאחר מלחמת העולם הראשונה פרסם ספרות לא בדיונית. ספרו ההיסטורי "תולדות העולם", שמחברו חשש כ יכשל כישלון נחרץ, הפך לרב-מכר ולמצליח מבין ספריו. בהמשך פרסם את "מדעי החיים" (1929 - 1939), שכתב יחד עם ג'וליאן האקסלי וג'ורג' פיליפ ולס, ו"ניסיונות באוטוביוגרפיה" (1934).
ב-1914 ביקר ולס לראשונה ברוסיה. ביקורו הותיר בו רושם שלילי מאוד על הממשל, ובעיקר על השחיתות בו. למרות ההסתייגויות שהיו לולס מהשיטה הסובייטית, הוא הבין את מטרות המהפכה הרוסית. ב-1920 ביקר שוב ברוסיה והייתה לו פגישה ידידותית עם לנין. בשנות העשרים היה מועמד מטעם מפלגת הלייבור לפרלמנט הבריטי. בין השנים 1924 עד 1933 התגורר ולס בעיקר בצרפת. בשנים 1934–1946 שימש נשיא של אגודת הסופרים הבינלאומית PEN.
ב-1934 נפגש ולס עם סטלין ועם רוזוולט וניסה, ללא הצלחה, לעניין אותם ברעיונותיו. אחרי פגישתו עם סטלין התפכח ולס מאשליותיו בנוגע לקומוניזם. בספרו "The Holy Terror" משנת 1939 מתבונן ולס בהתפתחות הפסיכולוגית של רודן מודרני, ומתבסס על דרכם של סטלין, מוסוליני והיטלר.
בזמן מלחמת העולם השנייה חי ולס ברג'נטס פארק בלונדון וסירב לעזוב את העיר בתקופת הבליץ. ספרו האחרון "Mind At The End Of Its Tether" שראה אור ב-1945 מבטא פסימיות לגבי עתיד האנושות. ולס מת בלונדון ב-13 באוגוסט 1946.
יצירתו.
מכונת הזמן.
ולס הניח ביצירתו את היסודות לכל ז'אנר המדע הבדיוני. הוא מתאר תקופה עתידית, אך תוך יצירת אלמנט של הזרה למעשה מבקר את החברה בת זמנו. ספרו הראשון "מכונת הזמן" הוא פרודיה על החלוקה המעמדית באנגליה. המספר, הילייר, דן עם ידידיו בתאוריות של נסיעה בזמן. הוא מספר על שובו משנת 802701, ומתאר שני סוגי בני-אדם שפגש: ה"אלוי" - אנשים קטנים וחלושים החיים על פני האדמה במקום דמוי גן-עדן, וה"מורלוק" - טורפים מפלצתיים החיים מתחת לאדמה וניזונים מהאלוי. כאשר חברתו היפה נרצחת הוא בורח אל העתיד, שם הוא נתקל ביצורים דמויי סרטן, וביצורים דמויי פרפרים לבנים וענקיים שהשתלטו על כדור-הארץ. בשנת 30,000,000 הוא מוצא חזזיות, ים אדום כדם ויצורים עם זרועות תמנון. הוא חוזר מבועת להווה. האווירה הריאליסטית של הספר מתקבלת מהקפדה מרובה על הפרטים הטכניים. אחד העקרונות של המסע בזמן הוא בהתייחסות לזמן כאל המימד הרביעי.
הספר מכונת הזמן הועלה על מסך הקולנוע פעמים אחדות בגרסאות שונות.
האי של ד"ר מורו.
הספר "האי של ד"ר מורו" (1896) עוסק במדען מטורף ההופך חיות ליצורים אנושיים. אדם בשם פרנדיק מספר את הסיפור בטכניקת פלאשבק. פנדריק נוסע לאי הנשלט על ידי ד"ר מורו, בו הוא מבצע במעבדה ניסויים בחיות ויוצר אנשי-חיה. מורו נרצח על ידי אישה-פומה, ופנדריק נמלט מהאי וחוזר ללונדון. ולס שהיה דרוויניסט, לא דחה את תורת האבולוציה אבל הזהיר מפני הסכנות הטמונות בהתפתחות המדעית.
מלחמת העולמות.
מלחמת העולמות (1898) הוא רומן העוסק בפלישת אנשי המאדים לכדור הארץ. באותה תקופה גילו "תעלות" על פני המאדים והועלו השערות לגבי אפשרות של קיום חיים על הכוכב. המספר מתאר התרחשויות המתחוללות בתחילת המאה ה־20. כלי תעופה גליליים נוחתים קרוב ללונדון, ויצורים עגולים עם זרועות-ציד משתלטים על בני-האדם. אנשי המאדים בונים מכונות המהלכות על שלוש רגליים ומצליחות להרוס את כל העומד בדרכן. האזרחים נמלטים אחוזי בהלה, כוחות הצבא אינם מצליחים לעמוד בפניהם ולונדון מתרוקנת מיושביה. אנשי המאדים מפזרים עשן שחור ורעיל אשר פוגע בסביבה. בסופו של דבר מושמדים אנשי המאדים בעזרת חיידקים, היצורים הפשוטים ביותר עלי-אדמות, ולא בעזרת נשק קטלני או תחבולות אנושיות. בספר יש ביקורת על הקולוניאליזם ועל יחס החברה האנושית לחיות שבסביבתה.
הספר מלחמת העולמות הומחז בארצות הברית כתסכית בשנת 1938. חלקים מהתסכית מלחמת העולמות היו בסגנון של שידור אירוע חי (פקו-דומנטיה). תחילת התוכנית שודרה בטרם הסתיים שידור תוכנית פופולרית אחרת, כך שמרבית הקהל החל להקשיב לתוכנית "מלחמת העולמות" אחרי תחילת שידורה והחמיץ את העובדה שמדובר בתסכית. חלק גדול מהמאזינים האמין לאורסון ולס, ששיחק את תפקיד השדר באופן משכנע. לכן התעוררה היסטריה המונית ומנוסת רבים מבתיהם באזור ניו יורק וניו ג'רזי. השידור הפך למעין מיתוס היסטורי, שלא ברור אם אכן קרה בצורה מספרית משמעותית, או שולס הגדיל את הסיפור מעבר לממדיו האמיתיים. וודי אלן העלה את האירוע בסרטו "ימי הרדיו" משנת 1987.
מלחמת העולמות הועלה פעמיים על מסך הקולנוע. בשנת 1953 הופק מלחמת העולמות ובשנת 2005 הופק מלחמת העולמות בבימויו של סטיבן ספילברג ובכיכובו של טום קרוז. בנוסף לכך, הוקלטה לרומן גם גרסה מוזיקלית, האלבום מלחמת העולמות.
ציפיות.
רב-המכר הראשון של ולס היה הספר "ציפיות" Anticipations שהוא עתידני בעיקרו. כשעוד פורסם בהמשכים במגזין, נשא את כותרת המשנה "ניסוי בנבואה". הספר מעורר עניין גם בנושאים שחזה נכונה (רכבות ומכוניות יגרמו למעבר אוכלוסייה מערים לפרוורים, שאיפה של גברים ונשים לחירות מינית והפחתת הגבלות מוסריות-תרבותיות), כמו גם בנושאים שנכשל בחזייתם (הניח שאנשי צוות בצוללות יחנקו למוות).
Kipps.
הרומן Kipps, המבוסס על ניסיון חייו של ולס כשוליה אצל סוחר בדים יצא לאור ב-1905. הרומן מגולל את סיפור חייו של ארתור קיפס, הגדל אצל דודו ודודתו ועובד כשוליה, עד אשר הוא זוכה בירושה ומצליח לטפס בסולם החברתי. ולס מבקר בחריפות ברומן את המעמד הבינוני-גבוה.
העולם יוצא לחופשי.