ウィリアム・ヘンリー・ヴァンダービルトとその妻のマリア・ルイーザ・キッサム（1821年 - 1896年）の間の次男としてスタテン島のニュードープに生まれた。1885年に父が死ぬと、5500万ドルの遺産を相続した。1899年に兄のコーネリアス・ヴァンダービルト2世が死ぬと、ヴァンダービルト家の事実上の当主と見なされるようになった。また一族が支配するニューヨーク・セントラル鉄道の経営にも関わっていたが、1903年以後は第一線から身を引いた。1875年4月20日、アラバマ州モービルの小農園主の娘アルヴァ・アースキン・スミス（1853年 - 1933年）と最初の結婚をした。夫妻の間には長女でイギリス貴族の第9代マールバラ公爵に嫁いだコンスエロ・ヴァンダービルト（1877年 - 1964年）、長男のウィリアム・キッサム・ヴァンダービルト2世（1878年 - 1944年）、次男のハロルド・スターリング・ヴァンダービルト（1884年 - 1970年）の3人の子女をもうけた。ウィリアムは1895年にアルヴァと離婚し、アルヴァは翌1896年にユダヤ系銀行家のオリヴァー・ベルモントと再婚した。ウィリアムは1903年に銀行家の娘アン・ハリマン（Anne Harriman）と再婚した。アンとの間に子供は無かった。1879年に興行師P・T・バーナムからマディソン・スクエア・パークを買い取り、興行会場マディソン・スクエア・ガーデン（Madison Square Garden）としてリニューアルさせている。ウィリアムは1895年にアメリカスカップで優勝したヨット「ディフェンダー（Defender）」号の共同所有者であった。ウィリアムの邸宅として有名なのは、ニューヨーク5番街660番地の本邸（1883年完成）とロードアイランド州ニューポートの夏の別邸マーブル・ハウス、1892年完成）の2つで、いずれも建築家リチャード・モリス・ハントが設計を担当した。ウィリアムは馬主、競馬場の経営主としての活動でも知られる。最初の妻アルヴァと離婚後、ウィリアムはフランスのバス＝ノルマンディー地方ドーヴィル郊外に城を建てて移り住み、所領にケスネー牧場を設立して競走馬の飼育を始めた。ウィリアムが牧場で飼育させた多くの競走馬は、クリテリウムドサンクルー、ジャン・リュック・ラガルデール賞、パリ大賞典、フォレ賞、ジョッケクルブ賞、ジャンプラ賞、モルニ賞、ロベールパパン賞、ロワイヤルオーク賞などの大会で優勝を果たした。1920年にパリで死去した。遺骸はヴァンダービルト家代々が眠るスタテン島のモラヴィア共同墓地（Moravian Cemetery）に葬られた。第2次世界大戦中、アメリカ海軍はリバティ船の1つに「ウィリアム・K・ヴァンダービルト（SS William K. Vanderbilt）」の名前を冠した。
この区間についてJR東日本は当初より国道6号線沿いの内陸部への移設も視野に復旧案を検討した。その後、沿線自治体である福島県新地町・宮城県山元町において常磐線の線路移設を含めた都市計画が立てられたこともあり、相馬 - 亘理間のうち、駒ケ嶺 - 浜吉田間については現位置より山側に移設、相馬 - 駒ケ嶺、浜吉田 - 亘理間は現位置で対策工事を行い復旧させることが、2012年（平成24年）3月5日に発表された。うち、浜吉田 - 亘理間については復旧・避難対策完了後の2013年（平成25年）3月16日に先行して運行を再開した。ただしバス代行の区間は従来通りとされ、列車交換がない場合の跨線橋利用を避けるため、亘理駅の仮設ホームも存置された。駒ケ嶺 - 浜吉田間の線路移設工事は新地駅（旧）の駒ケ嶺方約870 mから浜吉田駅の山下方約870 mまでの、全長約14.1 kmで行われ、2012年9月27日に用地取得を前提に2014年春に着手することが発表され、2014年（平成26年）5月までに用地買収が完了し、工事に着手した。当初着工から復旧まで3年を見込み、2017年（平成29年）春に相馬 - 浜吉田間が復旧する予定としていたが、2016年（平成28年）10月4日には東北運輸局による鉄道事業法に基づく完成検査に合格し、同年11月5日から再開前日まで試運転が行われ、同年12月10日に運転が再開された。同日実施のダイヤ改正では、震災前に運転されていた特急列車と貨物列車の設定はないものの、普通列車は震災前と同等の本数が確保された。本区間はおよそ4割が単線高架で構成され、一部は地平や掘割を用いている。ただし、坂元 - 山下間では工期短縮のため丘陵上の遺跡やサクラの木を避け、掘割ではなくトンネル（第1・第2戸花山トンネル）を用いている。この区間にあった新地駅・坂元駅・山下駅の3駅は新線上に移設され、新地駅は地上駅、坂元駅・山下駅は高架駅となり、新地駅と山下駅には旧駅と同様列車交換設備が設置されたが、坂元駅については棒線駅として復旧された。これに伴い駒ケ嶺 - 浜吉田間では各駅間の営業キロが変更され、駒ケ嶺 - 新地間で-0.2 km、その他で+0.1から0.4 km、全体で+0.6 kmの改キロとなった（震災前22.6 km、復旧後23.2 km）が、営業キロと運賃の変更は同区間を含むSuica仙台エリア内で2017年（平成29年）4月1日の磐越西線郡山富田駅開業と同時に実施された。内陸移設後の旧線の路盤のうち新地 - 山下間は津波防災対策として盛土をして築堤に転用し、その築堤上に福島・宮城県道38号相馬亘理線を建設する工事が進行している。このうち新地駅-福島・宮城県境までは開通済みである。