威廉·菲尔希纳1877年9月1日出生于慕尼黑。1900年去俄国、巴尔干、中亚、帕米尔地区探险。1903－1905年与A·塔费尔来中国西藏东部和中国其它地区旅行。

从西藏归国后，菲尔希纳被赋与探查南极洲的任务，并前往斯匹次卑尔根岛进行极地探险训练。1911年5月4日，他与其他队员们搭乘“德国”号前往南极。此次探险进入威德尔海，并发现卢依波德海岸与龙尼-菲尔希纳冰架。他们比80年前詹姆斯·威德尔所探查的海域还要更加深入许多。

探险队原本打算在冰架上建立基地度过严冬，但因冰层裂解而失败，所以他们被困在满是浮冰的海面上，随波逐流。1912年9月，“德国”号从威德尔海脱困。在受困期间，菲尔希纳尝试找寻由班哲明·莫雷尔于1823年记录的新南格陵兰岛，但一无所获。因此他认为莫雷尔是看到了蜃景。

归国后，菲尔希纳并没有再前往南极探险，而多是参与亚洲的探查活动。1926年到1928年，自费前往青海湖探险。1934年到1937年，率领德国政府出资的探险队前往西藏。1939年，尼泊尔地理调查。

1937年，希特勒授与菲尔希纳德国国家艺术与科学奖，以表彰他在探险活动的贡献。

二战期间，他在印度被拘留。直到1940年9月13日，他都被拘留于巴特那当地一所简陋医院。1941年，被关在普拉达的假释营中。1941年9月到1946年11月，被关在萨塔拉的假释营中。战争结束后，菲尔希纳定居于印度浦那，之后返回欧洲居住。

1957年，菲尔希纳于瑞士苏黎世过世，享年79岁。

南极洲的陆架冰川、山脉、海角和南乔治岛的山岩用他的名字命名。