Виллем Баренц родился около 1550 года (точных данных не имеется) на фризском острове Терсхеллинг. Никаких сведений о семье и детских годах Баренца не сохранилось.

Известно лишь, что уже довольно зрелым человеком он перебрался в Амстердам, где поступил учеником в навигацко-картографическую мастерскую Планция, а потом вместе с наставником совершил плавание в Испанию и Италию, во время которого они составили атлас Средиземного моря. После этого похода Виллем получил диплом штурмана, который сегодня можно увидеть в Морском музее Амстердама.

Слава Виллема Баренца, храбрейшего из голландцев и «шкипера эпохи», как часто отзываются о нем на родине, никак не соответствуют тому скудному запасу сведений, которые имеются о нем. Учился картографии и морскому делу, служил шкипером, был бесстрашен и упорен до упрямства.

В 1594 году его учитель Планций снарядил «экспедицию своей мечты» для поиска великого Северо-Восточного прохода в Китай. По замыслу автора проекта, три корабля должны были отправиться по морю, ныне известному как Карское, в разных направлениях, отыскивая свободный ото льда путь. Экспедиция была трудной и полной лишений, и вернулись исследователи с небогатыми трофеями – шкурой белого медведя и тремя моржовыми клыками.

В следующем году экспедицию решили повторить, но и она не завершилась успехом — путешественники добрались к проливу слишком поздно и он почти полностью был перекрыт льдом.

16 мая 1596 года стартовала третья и последняя экспедиция Баренца по поиску северного пути в Азию. Ему удалось открыть Медвежий остров (архипелаг Шпицберген). Экспедиция Баренца, обогнув Новую Землю, достигла Карского моря. Опасаясь гибели среди льдов, экспедиция высадилась на берег и устроила зимовку. Зимой 1597 года во время зимовки Баренц заболел цингой.

Хотя к началу июня 1597 года Карское море освободилось ото льда, бухта, где стоял корабль, по прежнему была во льдах. Зимовщики не стали ждать освобождения корабля, чтобы не терять дней короткого лета, и 14 июня 1597 года предприняли отчаянную попытку добраться до Кольского полуострова на 2-х шлюпках. Экспедиция достигла полуострова, но Баренц этого не увидел — он скончался в пути 20 июня 1597 года.