Willy Mayer-Gross era originário de Bingen (Renânia). Estudou em Kiel, Munique e Heidelberg, onde defendeu uma tese em 1913 sobre a "Fenomenologia da felicidade patológica", antes de tornar-se assistente na clínica psiquiátrica. Retomou seu lugar depois da guerra e foi diretor-adjunto, encarregado de cursos e depois professor associado em 1929. Em 1932, assumiu a cátedra de psiquiatria de Groningen, mas suas origens judaicas o levaram a deixar a Alemanha hitIerista. Em 1933, encontrou um posto no Maudsley Hospital de Londres, onde introduziu os tratamentos com insulina. Naturalizou-se, adotou o prenome de WiIliam e em 1939 foi nomeado diretor de pesquisas no Asilo Real de Crichton, no condado rural de Dumfries (Escócia). Ficou ali até a sua aposentadoria em 1955, mas encarregou-se então do Departamento de Psiquiatria Experimental, recentemente criado em Birmingham. Morreu nessa cidade, de uma coronarite, a 15 de fevereiro de 1961.
Desde 1951, era membro titular do Colégio Real de Medicina e conselheiro da OMS. Propuseram-lhe a direção do laboratório de psicofarmacologia da Universidade de Heidelberg.
Ao lado de trabalhos consagrados às repercussões psicológicas das afecções orgânicas e biológicas cerebrais, certamente é a sua análise fenomenológica dos estados oniróides (Die Oneiroide Erlebnissform), publicada em 1924 e inspirada pela psicologia estrutural de Karl Jaspers (que conheceu no serviço de Nissl em Heidelberg), que constitui a contribuição mais original de Mayer-Gross. Na mesma perspectiva, devemos-lhe uma notável análise do pensamento esquizofrênico, gigantesca suma clínica publicada em 1932, no Tratado de Bumke.