Dopo aver conseguito il "Bachelor's degree" all'Hamilton College, si iscrisse alla facoltà di Medicina di Rochester, presso la quale si laureò. Considerò la possibilità di lavorare come medico generico, ma il suo professore di anatomia, George Washington Corner, lo incoraggiò a diventare un medico ricercatore. In molti dei suoi discorsi pubblici, Masters ha citato spesso e con riconoscenza le parole del suo insegnante: "Bill, non puoi mai dire di aver imparato abbastanza". Con Corner collaborò agli studi di test riproduttivi su scimmie e conigli. 