Уилт родился 21 августа 1936 года в Филадельфии. Его отцом был Уильям Чемберлен, сварщик, а матерью — Оливия Рут Джонсон, домохозяйка. В детстве он никогда не любил баскетбол и больше увлекался спортивной атлетикой. Однако когда Уилт подрос, то стал проявлять больший интерес к спорту и к баскетболу в том числе, потому как эта игра была самой популярной в Филадельфии. Чемберлен посещал среднюю школу Овербрук, и уже к тому времени он был гораздо выше своих сверстников, что давало ему преимущество перед другими во время игры в баскетбол. Его баскетбольный дебют состоялся в колледже в 1956 году, когда он возглавил «Джейхокс», команду, которая оказалась в финале NCAA в следующем году. В 1958 году спортсмен бросил колледж, чтобы играть в профессиональный баскетбол. Но для того, чтобы получить квалификацию для игры в НБА, Уилт все-таки должен был закончить свое учебное заведение. Далее спортсмен сыграл в команде «Гарлем Глобтроттерс», которая заплатила за него 50000 долларов.
В качестве игрока НБА Чемберлен выступил 24 октября 1959 года с командой «Филадельфия Уорриорз» в игре против «Никс». Во время игры он забил впечатляющие 43 очка и сделал 28 подборов. Сезон 1962 года стал для баскетболиста историческим, потому что он стал первым человеком в НБА, который набрал 100 очков в игре. К концу сезона у него было в среднем 50,4 балла. Чемберлен продолжил играть в Сан-Франциско, забивая в среднем 37 очков за игру в сезоне 1963-64 гг. В 1965 году он вернулся в свой родной город Филадельфию и сыграл против «Бостон Селтикс». В финале НБА 1967 года Чемберлен снова помог своей команде победить. Затем его продали в команду «Лос-Анджелес Лейкерс» в 1968 году за 250000 долларов. Он сыграл в качестве капитана «Лейкерс» в финале НБА 1972 года и привел их к победе над «Никс» в пяти матчах подряд.
В 1973 году Уилт зарегистрировался в качестве тренера-игрока в команде «Конкистадорс» в Сан-Диего, американской ассоциации бейсбола (ABA), которая позже объединилась с командой НБА. Тем не менее, ему был предъявлен иск командой «Лейкерс», поскольку его контракт с ними по-прежнему был действителен. Это означало, что он не мог играть за другую команду. Вскоре после этого спортсмен ушел из профессионального баскетбола. После ухода на пенсию Уилт пробовал себя в других сферах деятельности. Он был президентом Международной ассоциации волейбола, сыграл в кино в 1976 году. Его первым фильмом был «Go For It». В 1984 году Чемберлен снялся вместе с актером Арнольдом Шварценеггером в фильме «Conan the Destroyer».
Этот баскетболист никогда не был женат, но, как полагали, имел отношения с большим количеством женщин (порядка 20000). Он умер от сердечной недостаточности 12 октября 1991 года, в возрасте 63 лет, после длительной болезни, вызванной проблемами с сердцем. Спортсмен написал и опубликовал свою автобиографию в 1973 году. В 1991 году вышла еще одна его автобиография, в которой Чемберлен описывает свою личную жизнь. Этот легендарный игрок НБА также занимался волейболом после выхода на пенсию и активно пропагандировал занятия спортом.