Wilhelm Thiele, geboren als Wilhelm Isersohn am 10. Mai 1890 in Wien, studierte zunächst am Konservatorium der Gesellschaft der Musikfreunde in Wien und erhielt anschließend ein Stipendium des Burgtheaters, wo er eine Schauspielausbildung absolvierte. Sein Bühnendebüt gab er 1909 in Karlsbad (heute: Karlovy Vary), gefolgt von Engagements in Stuttgart. Ab 1914 leistete er Kriegsdienst bei den Deutschmeistern in Wien; dort inszenierte er erste Revuen zur Unterhaltung der Soldaten. Nach dem Ende des Ersten Weltkriegs 1918 erhielt er eine Stelle als Regisseur am Münchner Volkstheater.

Seine erste Kinorolle spielte Thiele in dem Drama "Orchideen" (1920), kurz darauf wechselte er das Metier und wurde Drehbuchautor und Filmregisseur. In Wien produzierte er Musiker-Biografien als gefilmte Bühnenshows; in Berlin führte er bei einzelnen Filmen Regie, arbeitete aber vor allem als Dramaturg und Drehbuchautor: So schrieb er unter anderem die Drehbücher zu der Gesellschaftskomödie "Die Insel der Träume" (1925) und der Operetten-Adaption "Die Csardasfürstin" (1927). Ab 1927 führte Thiele vor allem Regie, wobei er sich auf leichte Komödien, Krimis und Liebesfilme spezialisierte. Mit Publikumserfolgen wie dem Krimi "Orientexpress" (1927), der Abenteuerkomödie "Hurra! Ich lebe!" (1928) und der Romanze "Adieu Mascotte" (1929) machte er sich einen Namen als geschickter Inszenator leichter Stoffe.

Mit dem Aufkommen des Tonfilms knüpfte Thiele an seine Bühnenerfahrung mit musikalischen Formen an: 1929/30 entwickelte er für die Ufa das Genre der Tonfilmoperette und inszenierte mit "Die Drei von der Tankstelle" (1930) den ersten deutschen Musikfilm – ein überragender Erfolg. Die Hauptrollen spielten Lilian Harvey und Willy Fritsch, die kurz zuvor bereits die Stars in Thieles erfolgreichem Tonfilm "Liebeswalzer" (1930) waren. Die Gesangseinlagen und Tanzszenen in Thieles Musikfilmen entwickelten sich direkt aus der Handlung, womit er ein zentrales dramaturgisches Element späterer Hollywood-Musicals vorwegnahm. Inhaltlich schnitten seine Filmoperetten und Komödien wie "Die Privatsekretärin" (1931) bisweilen zwar soziale Probleme der Zeit an, doch lösten diese sich am Ende stets in Wohlgefallen auf, was Thiele teils harsche Kritik der Rezensenten einbrachte.

Nach der Machtübernahme der Nazis 1933 verließ Thiele als Jude Deutschland. Er emigrierte kurzzeitig nach England, wo er mit mäßigem Erfolg "Die Fledermaus" auf englisch verfilmte ("Waltz Time",1933), und anschließend nach Österreich, wo er Léhars "Großfürstin Alexandra" (1933) für die Leinwand inszenierte. Schließlich ging Thiele nach Amerika, nannte sich fortan William und bekam 1934 nach einem kurzen Theaterzwischenspiel in New York und Chicago einen Vertrag bei dem Hollywoodstudio 20th Century Fox; zeitgleich trat er der neu gegründeten Director's Guild of America bei.

Auf Grund des finanziellen Misserfolgs seines Hollywood-Debüts "Lottery Lover" (1935) wurde Thiele zwischenzeitlich zum Regieassistenten Josef von Sternbergs degradiert. Er verließ die Fox und inszenierte für das Paramount-Studio den B-Film "The Jungle Princess" ("Die Dschungel-Prinzessin", 1936). 1937 gab ihm Metro-Goldwyn-Mayer (M-G-M) einen Siebenjahres-Vertrag. Dort drehte er eine Reihe populärer Filme, unter anderem die Gaunerkomödie "Beg, Borrow or Steal" (1937) und "The Ghost Comes Home" (1940), ein Remake seines eigenen Kassenhits "Hurra! Ich lebe!" (1928). Im Dienste des RKO-Studios inszenierte Thiele zwei Tarzan-Abenteuer mit Johnny Weissmuller: den kuriosen Anti-Nazi-Film "Tarzan Triumphs" ("Tarzan und die Nazis", 1943) und "Tarzan's Desert Mystery" ("Tarzan, Bezwinger der Wüste", 1943). Danach realisierte er nur noch zwei lange Filme in Hollywood: den Thriller "The Madonna's Secret" (1946) und das Historiendrama "The Du Pont Story" (1950).

Stattdessen drehte Thiele Dokumentar- und Werbefilme für das US-Außenministerium, die University of Southern California, für Industrie und Fernsehen. Zwischen 1952 und 1957 inszenierte er über 30 Folgen der erfolgreichen Serie "Cavalcade of America", 1954/55 führte er bei der TV-Serie "The Lone Ranger" (Die Texas Rangers") Regie.

Mit Blick auf seine Ufa-Musical-Erfolge sagte Thiele später bedauernd, dass er trotz seiner stilbildenden Arbeit leider nie die Chance bekam, in Hollywood ein Musical zu drehen.

1959 kehrte Thiele vorübergehend nach Westdeutschland zurück. Er drehte den Heinz-Erhardt-Klassiker "Der letzte Fußgänger" (1960) sowie mit Sabine Sinjen, Yehudi Menuhin und Dieter Borsche das Musical "Sabine und die 100 Männer" (1960), ein Remake des Hollywood-Musicals "One Hundred Men and a Girl" (Regie: Henry Koster, 1937). Danach zog er sich aus dem Arbeitsleben zurück. 1974 wurde Thiele beim Deutschen Filmpreis mit einem Ehrenpreis für sein langjähriges und hervorragendes Wirken im deutschen Film geehrt. Im Jahr darauf, am 7. September 1975, starb Wilhelm Thiele in Woodland Hills, Kalifornien.