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  1862年4月11日,他出生在俄亥俄州漢考克縣的一座農場中,是羅伯特·威爾遜·坎貝爾和哈麗特·威爾士的兒子。在當地經數年教育後,1882年進入密歇根大學學習土木工程,1886年取得理學士學位。大學期間,他閱讀了西蒙·紐康的《通俗天文學》,從而激發了對天文學的興趣。  大學畢業後,他被任命為科羅拉多大學數學教授,但很快又搬回密歇根擔任起天文學教師,1891年他受邀到加利福尼亞利克天文臺從事光譜研究。坎貝爾是一位研究天文光譜和對恆星徑向速度編目的先驅,他的日食攝影也得到了業內的認可。1893年,他發現了沃爾夫–拉葉星HD 184738(也被稱為坎貝爾氫殼星),1901年至1930年出任利克天文臺臺長。  1914年8月,坎貝爾與柏林天文臺的歐文·芬萊-弗羅因德利克(Erwin Freundlich)一起來到俄羅斯拍攝日食照片,對阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論的正確性作早期驗證。而第一次世界大戰的爆發(特別是德國對俄國的宣戰)導致俄羅斯軍方在克里米亞扣留了弗雷德里奇及他的器材,而來自中立國家(美國)的坎貝爾則被允許繼續他的計劃,但由於當地雲層的遮擋,此次並沒有拍攝到日食。1918年6月8日,坎貝爾著手另一次在華盛頓州戈爾登代爾的日食拍攝,由於所有精良的攝影器材四年前全被扣在了俄羅斯,他不得不從利克天文臺現有裝置中臨時湊合,但受所用相機所限,最終還是無法驗證愛因斯坦理論所預言的恆星光線會發生偏轉的現象。  1919年,英國天體物理學家亞瑟·愛丁頓率領的探險隊在1919年5月29日拍攝的日食照片,證明了愛因斯坦相對論的正確性。但當時還有一些不確定因素,此外,另有部分原因是一戰後反德情緒所引發的懷疑。最終和無異議的確認一般被認為是坎貝爾的利克天文臺於1922年在澳大利亞所拍攝的日食照片。坎貝爾的結果報告指出,這些觀察所顯示的狀況,與愛因斯坦的預言完全一致。  坎貝爾曾任1923年-1930年第10任加利福尼亞大學校長,1923年-1926年也在科學服務理事會—現稱為科學與公眾學會(Society for Science & the Public)任過職,擔任過1895年、1909年和1918年三屆太平洋天文學會的會長。  晚年,他幾乎雙目失明,而且患有失語症。1938年6月14日,他在76歲時從加利福尼亞州舊金山一幢大樓的四樓窗戶中跳樓自殺。死前,他在遺書中寫道:這不僅讓他感到非常沮喪,而且認為活下去只會給家人帶來精力和費用上的負擔。1892年他與伊麗莎白·巴拉德·湯普森(Elizabeth Ballard Thompson)結婚,共生有三個兒子,其中一位是一戰時的美國王牌飛行員道格拉斯·坎貝爾(Douglas Campbell)中尉。

  南太平洋鐵路公司副總裁查爾斯·弗雷德裡克·克羅克(Charles Frederick Crocker)和美國克羅克國民銀行總裁威廉·亨利·克羅克(William Henry Crocker)曾資助過很多次利克-克羅剋日食考察,其中,有數次是由坎貝爾組織帶隊:
威廉·華萊士·坎貝爾(英語:William Wallace Campbell),美國天文學家,1901年-1930年利克天文臺臺長,專長於研究光譜學。