Мортон родился в 1819 году в захолустном городе Чарлтон, штат Массачусетс, в семье фермера-лавочника. В подростковом возрасте он перенес операцию без анестезии, что наверняка оставило след в его памяти и повлияло на выбор направления его изысканий.

Тем не менее свой трудовой путь Мортон начал в сфере, не связанной с медициной. Молодые годы он провел, работая клерком, печатником и продавцом в различных частных компаниях в Бостоне.

Внезапно в 1840 году он поступил в школу челюстной хирургии в Балтиморе. Отучившись там два года и не получив диплома, Мортон занялся частной практикой, став партнером дантиста Хораса Уэллса (Horace Wells). Дела шли неудачно, клиенты приносили одни убытки, и через полгода союз распался.

В 1844 году Мортон женился на Элизабет Уитмен, дочери бывшего конгрессмена Лемюэля Уитмена. Перед свадьбой родители невесты поставили условие: жених должен продолжить образование и получить научную степень. В итоге Уильям Мортон поступил в медицинскую школу Гарварда, где его крайне заинтересовал курс лекций по химии Чарльза Джексона: именно там Уильям узнал про свойства эфира, который отключает сознание у того, кто его вдыхает.

Собственно, сразу после этого Мортон начал проводить эксперименты по анестезиологии с эфиром. Первым подопытным была его собственная собака. Он даже изобрел для нее специальное устройство, чтобы при вдохе концентрация эфира была максимальной. По сути, это была обычная банка с ватой внутри, пропитанной эфиром. Банка плотно закрывалась крышкой с прорезанным отверстием, в которое вставлялась трубка с маской на другом конце. Маска, в свою очередь, накладывалась на морду собаке. Мортон назвал свое устройство «Лета» — в честь реки забвения из древнегреческой мифологии. Переплыв ее, люди забывали свою прошлую жизнь.

В сентябре 1846 года Мортон безболезненно удалил зуб пациенту, используя эфирный наркоз. Об этом написали все местные газеты. Прочитав эти публикации, знаменитый американский хирург Генри Бигелоу предложил Мортону принять участие в публичной операции 16 октября 1846 года в главном госпитале в Массачусетсе. Пациенту надо было вырезать опухоль под челюстью. Мортон согласился, и благодаря наркозу опухоль удалили безболезненно. Теперь эту дату принято считать началом эры обезболивания.

Интересно, что бывший напарник Мортона дантист Хорас Уэллс в то же самое время активно экспериментировал с другим анестезирующим средством — закисью азота. Вначале ему сопутствовал успех, клиенты валом шли к удивительному зубному врачу, который давал им понюхать веселящего газа и удалял зубы практически безболезненно. Но после серии неудачно подобранных доз наркоза Уэллса стали обвинять в мошенничестве. Это расшатало его психику, а последним ударом стало известие, что Уильяма Мортона, его бывшего партнера, который перенял все его методики, называют отцом и изобретателем анестезии. Уэллс писал возмущенные письма в газеты, обвинял Мортона в плагиате, но успеха не добился. В результате он покончил с собой.

А отец анестезии Уильям Мортон долго пытался запатентовать свое изобретение, чтобы получить деньги с врачей, которые тут же стали использовать эфирный наркоз сами. Все оказалось напрасно, и бывший стоматолог, клерк и печатник прожил последние 15 лет жизни в бедности и забвении. 15 июля 1868 года в Нью-Йорке 48-летний Уильям Мортон потерял сознание и умер во время прогулки по Центральному парку.