Narodil se 22. září 1882 v rodině velkostatkáře a po dokončení gymnázia se rozhodl pro vojenskou službu jako důstojnický čekatel (Fahnenjunke). Zvolil si na rozdíl od jiných dělostřelectvo, ne prestižní jezdectvo. V roce 1909 se oženil s Lisou Fontaine, dcerou bohatého velkostatkáře, s níž měl dohromady šest dětí, z nichž jedno zemřelo ještě v útlém věku. Na začátku první světové války, v polovině září 1914 byl v Belgii během bojů vážně zraněn střepinou do pravého předloktí a 8. října povýšen do hodnosti kapitána (Hauptmann) a vyznamenán železným křížem I. stupně. Po rekonvalescenci byl roku 1915 přidělen do generálního štábu německé armády a na frontu již nasazen nebyl.
Po válce pokračoval ve službě v nově vytvořeném „Reichswehru“, pak v polovojenské jednotce „Freikorps“ a téměř dva roky učil na vojenské škole pro jezdectvo. V roce 1924 byl už jako podplukovník přeložen na ministerstvo obrany (Reichswehrministerium). V roce 1929 stal se šéfem organizačního úřadu a po nástupu nacistů díky přímluvě vlivného generála Wernera von Fritsche dostal funkci velitele nově vytvořeného nacistického úřadu ozbrojených sil (Wehrmachtamt). Hrál zásadní roli ve znovuvyzbrojování Německa a přinejmenším jednou v Sovětském svazu absolvoval inspekci tajných výcvikových táborů Reichswehru, kde se na sovětských vysokých školách dostávalo vzdělání německým důstojníkům a kde byla zřízena cvičiště pro německé letce, tankisty a chemiky.
Na podzim roku 1932 Keitla postihl infarkt, ale v armádě zůstal. V roce 1937 byl povýšen do hodnosti General der Artilerie (generál dělostřelectva) a následující rok se stal dokonce ministrem války místo Wernera von Blomberga, kterého předtím zdiskreditoval. Zjistil totiž, že jeho manželkou je bývalá prostitutka a získal o tom i příslušné důkazy. Na jejich základě Hermann Göring s Hitlerovým souhlasem donutil Blomberga k rezignaci. Zároveň s funkcí ministra války Keitel převzal také funkci vrchního velitele ozbrojených sil Wehrmachtu (OKW – Oberkommando der Wehrmacht). V říjnu 1938 byl Keitel krátce vojenským velitelem Sudet.
Roku 1940 byl Wilhelm Keitel s blížícím se koncem francouzského tažení povýšen do hodnosti polního maršála a zároveň byl vyznamenán rytířským křížem za ujednání příměří s Francií, přestože nebyl velitelem jednotek účastnících se přímého boje.
Podle mínění svých kolegů byl polní maršál Keitel proslulý bezmeznou poslušností a velkou úctou a až poníženou servilností vůči Hitlerovi. Vždy s jeho názory souhlasil a při jednání s ním říkal pouze ano. Proto o něm Polní maršál Ewald von Kleist řekl, že Keitel není nic víc než „hloupý následovník Hitlera“ (patolízal). V armádě získal Keitel přezdívku „Lakeitel“ – lokaj. července 1944 vyvázl nezraněn z posledního atentátu na Adolfa Hitlera stejně jako Vůdce.
Ve funkci hlavního velitele ozbrojených sil (OKW) Keitel podepsal řadu trestních směrnic, které vedly ve válce k bezprecedentní brutalitě. Během druhé světové války se německé kombinované ozbrojené síly (Heer, Kriegsmarine a Luftwaffe) systematický dopouštěly válečných zločinů včetně masakrů, masového znásilňování, rabování, vykořisťování při nucených prací, vraždy tří milionů sovětských válečných zajatců a účastnily se vyhlazování Židů. Zatímco vlastní ozbrojené síly NSDAP – SS (zejména SS-Totenkopfverbände, Einsatzgruppen a Waffen-SS ) byly nejvíce zodpovědné za genocidní vraždění během holokaustu, pravidelná (regulérní) armáda, především Wehrmacht, páchal válečné zločiny zejména na východní frontě ve válce proti Sovětskému svazu.
V létě a na podzim roku 1941 se němečtí vojenští právníci neúspěšně zasazovali o to, aby se se sovětskými válečnými zajatci zacházelo v souladu s Ženevskou úmluvou. Keitel je odmítl a napsal: „Tyto pochybnosti odpovídají vojenským představám o válkách v době rytířství. Naší úlohou je potlačit [jejich] způsob života.“ V září 1941, kvůli obavám, že by někteří polní velitelé na východní frontě snad nevykazovali dostatečnou tvrdost při provádění „směrnic pro vedení vojsk v Rusku“ z května 1941, vydal Keitel nové nařízení, ve kterém uvedl: „[Boj] proti bolševismu vyžaduje nemilosrdné a energické jednání zejména proti Židům, hlavním nositelům bolševismu.“ Také v září vydal Keitel rozkaz všem velitelům, nejen těm v okupovaném Sovětském svazu, podle nějž měli používat k potlačení případného odporu „neobvyklou krutost“.
V této souvislosti směrnice uvedla, že vhodnou odpovědí na ztrátu jednoho německého vojáka by byla poprava 50 až 100 „komunistů“. Po válce byl Keitel obžalován Mezinárodním vojenským soudem v Norimberku jako jeden z „hlavních válečných zločinců“. Byl shledán vinným ve všech bodech obžaloby, ať už šlo o zločiny proti lidskosti, zločiny proti míru, zločinné spiknutí nebo válečné zločiny. Byl odsouzen k smrti a 16. října 1946 popraven pověšením.
Popravu provedla americká armáda, katem byl seržant John C. Woods. Keitelovo tělo, stejně jako těla ostatních devíti popravených mužů a mrtvola Hermana Göringa, bylo zpopelněno v Ostfriedhofu v Mnichově a popel o několik dní později rozptýlen v řece Isar.
Skvrny od krve v obličeji, které byly vidět na fotografii Keitelovy mrtvoly, byly způsobeny příliš úzkým propadlištěm, takže on a několik dalších odsouzených utrpěli zranění hlavy tak, že během pádu narazili na jeho okraj. Donald E. Wilkes Jr., profesor práva na právnické fakultě University of Georgia, poznamenal, že mnoho toho dne popravených nacistů nepropadlo propadlištěm dost razantně na to, aby si zlomili vaz, takže se v oprátce dlouho a mučivě dusili, v případě Keitela 24 minut. Vyskytly se i domněnky, že to vůbec nebyl „nedbalý kat“, ale schválně průběh popravy takto „narafičil“, aby byla pro odsouzené trýznivější.
Tato Woodsova zlomyslnost tváří v tvář smrti, jakkoliv ji můžeme považovat třeba i za oprávněnou, nezůstala bez odplaty. John C. Woods tragicky zahynul a o způsobu jeho smrti existují dvě verze. Podle první ho na tichomořském atolu Eniwetok usmrtil elektrický proud, když zanedbal nějaké bezpečnostní nařízení. A možná v tom dokonce měli prsty němečtí vědci přivezení po válce do USA, kteří se podíleli na vývoji atomových zbraní, a tak pomstili svoje soukmenovce či soudruhy (Volksgenosse) z národně socialistické strany (NSDAP). Podle druhé verze zpráva uvádí, že Woods zemřel koncem 60. let v Texasu při automobilovém neštěstí, kdy se uškrtil na bezpečnostním pásu.
