Wilhelm Souchon est le fils de l'artiste-peintre Wilhelm Ferdinand Souchon(de), issu d'une famille huguenote, et de Charlotte née Naumann, fille d'un directeur de banque berlinois. Entré à l'école navale allemande en 1881, il participe le au fort Vogelsang à Angra Pequena (baie de Lüderitz), avec l'équipage de la frégate de croisière Leipzig, à la prise de contrôle de la colonie du Sud-Ouest africain par l'Allemagne. Du au , Souchon est commandant du navire-école de minage du Rhin, période au cours de laquelle il est promu Kapitänleutnant. En avril/, il est le 1erlieutenant du navire côtier blindé Odin et en assure temporairement le commandant. Promu entretemps Korvettenkapitän, il commande l'état-major du IIeescadron (de réserve) lors des manœuvres de la flotte en 1903.
En , Wilhelm Souchon devient chef d'état-major de l'escadre de croiseurs en Asie de l'Est sous les ordres du vice-amiral Curt von Prittwitz und Gaffron, à bord du SMS Prince Bismarck. La même année, il participe à une croisière du commandant d'escadre sur le Yangtsé, rendant visite à des dignitaires chinois de haut rang. Après d'autres missions aux Indes néerlandaises, au Japon et en Chine, où il participe à la première visite d'officiers de la marine allemande après la rébellion des Boxers à Pékin et à une audience avec l'empereur et l'impératrice douairière Cixi, Souchon revient en Europe.
À partir de , il travaille au bureau de la marine impériale, où il est promu Kapitän zur See. En , il devient commandant du paquebot Wettin et en , chef d'état-major de la station navale de la mer Baltique. À ce poste, il est promu Konteradmiral le . En octobre, il devient 2e amiral du IIe escadre de la flotte hauturière.
L'Empire ottoman étant officiellement un État neutre, il ne peut abriter les navires belligérants plus de 24 heures selon les traités internationaux. Pour contourner cette obligation et sous le couvert d'une vente fictive, le SMS Goeben et le SMS Breslau passent sous pavillon ottoman.
Le , Souchon fait bombarder les ports russes de Sébastopol et d'Odessa, jouant ainsi un rôle déterminant dans l'entrée en guerre de la Russie contre l'Empire ottoman.
Pendant les trois années suivantes, Souchon tente de réformer la marine turque et conduit une série de raids sur les ports russes de la mer Noire. Promu vice-amiral, il reçoit la croix Pour le Mérite, la décoration militaire la plus élevée, le .
Souchon rentre en Allemagne en , où il reçoit le commandement de la 4eescadre de la Hochseeflotte (Flotte de Haute Mer).
Mis à disposition du Haut-commandement, il est affecté en au commandement de la base maritime de la Baltique et nommé en outre gouverneur militaire de Kiel. Lorsqu'éclate la mutinerie des marins de Kiel, il tente (le ) de reprendre le contrôle par la force. L'intervention de ses hommes fait au moins 8 morts sans ramener l'ordre. Il est contraint dès le lendemain de libérer les matelots mis aux arrêts pour entrer en négociation avec Karl Artelt(en) et d'autres membres des conseils de soldats de Kiel, ainsi qu'avec les délégués du SPD et de l’USPD. Manquant à sa parole avec Artelt, Souchon fait intervenir des troupes de relève pour écraser l'insurrection, mais les contingents qu'il attendait désertent ou rejoignent les insurgés. Le député SPD Gustav Noske, qu'il avait rencontré à Kiel le soir du , le relève de ses fonctions de gouverneur le 7 dans la journée.
Wilhelm Souchon prend sa retraite en 1919. En 1932, il est invité avec l’amiral Erich Raeder, chef de la marine allemande, à prononcer au cimetière de Ohlsdorf à Hambourg un discours en hommage au dernier commandant de la flotte de haute mer, l’amiral Franz von Hipper.
