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  他是第四任盧森堡大公及拿騷阿道夫公爵的長子。1893年6月21日他和葡萄牙公主瑪麗·安娜結為夫婦,威廉是新教徒,他希望藉由與天主教公主的婚姻可以使家族的統治更穩固;婚後共育有六個女兒。由於他沒有男嗣和兄弟,僅有一個成年的妹妹,所以面臨王朝繼承的問題。奧倫治王室當時仍有旁支梅倫貝格家族,如果梅倫貝格家族的繼承權被認可,那麼威廉四世的堂弟格奧爾格·尼庫勞斯伯爵將成為盧森堡大公儲,並在威廉四世去世之後即位為盧森堡大公“格奧爾格一世”。然而格奧爾格的父母的婚姻屬於貴庶通婚,因此他的繼承權最終仍被否定了。  1907年,威廉四世通過的一項法律梅倫貝格家族成員在法律層面上被排除在盧森堡爵位繼承人之外,永遠失去成為盧森堡大公的可能。他即位不久即患重病,1908年由其妻瑪麗·安娜攝政。1912年威廉四世病逝,他也是截至目前最近一位卒於任上的盧森堡大公。

  大女兒瑪麗·阿黛拉伊德 (1894年-1924年)於1907年7月10日成為大公儲。二女兒夏洛特 (1896年-1985年)於1919年繼承她的姐姐任盧森堡女大公。  威廉四世其他的女兒是:
威廉四世(Wilhelm IV,1852年-4月22日-1912年-2月25日),全名威廉·亞歷山大(Wilhelm Alexander),第五任盧森堡大公,1905年11月17日-1912年2月25日在位。