Уильям Джон Макуорн Ранкин родился 5 июля 1820 года в Эдинбурге, в семье инженера. С 1836 года по 1838 год Уильям учился в Эдинбургском институте. За эти годы он получает золотую медаль за очерк по относительной волнообразной теории света, и двумя годами позже получает дополнительный приз за другой очерк по относительным методам физического исследования. Но обучение Ранкин так и не завершил из-за финансовых проблем.

Вскоре после ухода из института Ранкин уезжает в Ирландию, где становится учеником сэра Джона Бенджамина МакНеилла – ведущего гражданского инженера. В течение этого периода Ранкин развивает метод отправляющихся круглых кривых, известный с тех пор как «метод Ранкина».

В 1842 году Ранкин завершает свое ученичество и возвращается в Шотландию, где работает на железных дорогах, в гаванях вплоть до 1848 года. В это же время Ранкин начинает представлять свои разработки в Институт гражданских инженеров.

В 1848 году он начинает ряд исследований в молекулярной физике. Однако самые крупные исследования и научные труды Ранкин сделал в области технической термодинамики, считаясь теперь, по праву, одним из основателей этого раздела общей физики.

В 1849 году Ранкин независимо от Клаузиуса получил общие уравнения термодинамики, выражающие соотношение между теплотой и механической энергией. Исследовал термодинамические свойства газов и пара в 1850 году и составил таблицы водяных паров, получивших широкое применение. А в 1859 году он построил полную теорию паровой машины.

Уильям Джон Ранкин скончался 24 декабря 1872 года в Глазго.