Moore naît le à Maryville (Tennessee).
Il commence l'université à l'Institut de Technologie de Georgie en , mais comme de nombreuses personnes de sa génération, ses études sont interrompues par un service dans la 2de guerre mondiale.
Il sert comme officier d'équipement météo pour le Corps Aérien de l'Armée U.S. sur le théâtre de Chine-Birmanie-Inde et devient par la suite observateur météo dans la Chine occupée. Il retourne ensuite à Georgia Tech, où il termine sa licence en ingéniérie chimique en .
Moore est ensuite recruté pour le projet Mogul par l'Université de New York, qui mène le projet pour le compte du Corps Aérien de l'Armée US. Pionnier dans le développement et le test de ballons modernes de polyethylène en tant qu'outil de recherche atmosphérique, il réalise alors dès cette année-là le 1er vol d'un tel ballon, et lors d'un test ultérieur, un vol de ballon de 24 h de Minneapolis au New Jersey.
le , à Arrey (Nouveau-Mexique), Moore, en compagnie du général Mills et d'autres marines membres d'une équipe de lancer de ballon observent un objet blanc rond et elliptique, environ 2,5 fois plus long que large. Moore ainsi que son équipe préparatoire, s'apprêtent à lancer un petit ballon de test pour analyser les vents au-dessus de White Sands où un plus grand ballon Skyhook doit être lancé. Moore demande à un autre homme d'observer le vol du ballon, mais lorsqu'il y regarde de lui-même, pense que le ballon s'est déplacé vers le nord-est. Cependant, l'homme observant le ballon qu'il le voit bien à l'aide de son instrument. Moore pointe alors un autre théodolite sur l'objet en déplacement qui est, en fait, sphérique, blanc, de plusieurs minutes d'arc. Il se déplace lentement et couvre tout le ciel en moins de en , puis effectue une ascension brutale. Moore est convaincu qu'il ne s'agissait pas d'un ballon météorologique s1Cas Blue Book n° 358 non expliqué s2Hynek 1974, DD-10. L'explication d'un météore passant en haute atmosphère sera avancée par certains ufologues comme Barry Greenwood ou Brad Sparks.
le , à Minneapolis (Minnesota), les chercheurs en ballons du général Mills, dont l'ingénieur en aéronautique J. J. Kaliszewski, Moore, le pilote Dick Reilly dans le ciel, et Doug Smith au sol. L'équipe en vol observe le 1er objet, luisant intensément avec un cœur plus sombre et un halo autour de lui. L'objet arrive haut et rapidement, puis ralentit et effectue de lents cerles ascensionnels durant en environ, pour finalement disparaître au loin vers l'est. Peut après arrive un 2d objet, dont l'observation est confirmée par les observateurs au sol à l'aide d'un théodolite, qui le voient filer dans le ciel. La durée totale de la 1ère observation est de en , et quelques s pour la 2ᵉ s3Cas Blue Book n° 989 non expliqué.
Après que Moore a porté les caméras de reconnaissance à haute altitude pour l'USAF, un programme visant à installer ces caméras dans les ballons survolant l'URSS est établi par Mills. Moore a alors l'occasion de travailler pour la société de recherche Arthur D. Little à Cambridge (Massachussetts), encore une fois sur un projet impliquant la recherche par ballon. C'est là qu'il conçoit et construit les premiers vaporiseurs alkaline-métal utilisés dans les sondes ionosphériques portées par fusées. Toujours chez Little, Moore rencontre le Dr. Bernard Vonnegut (connu pour avoir découvert que l'iodure d'argent peut être utilisé pour ensemencement des nuages) avec qui il va entâmer une longue collaboration.
en , Moore et Vonnegut sont invités au Nouveau-Mexique par E. J. Workman, alors président de New Mexico Tech, poru mener des recherches sur les orages à Mt. Withington, à quelques 113 km de Tech. Durant 3 étés consécutifs, Moore et Vonnegut transporte des camions entiers d'équipement vers et depuis Boston chaque anne, jusqu'au jour décisif de en où Moore suggère que ce dont ils auraient besoin serait un labo en altitude où l'équipement pourrait être conservé toute l'année. Entretemps, en , il a effectué un vol record à l'altitude de 24994 m dans une nacelle de ballon pressurisée, avec le commandant Malcolm D. Ross. Lors de ce vol, il fait les premières mesures qui découvrent des traces de vapeur d'eau dans l'atmosphère de Vénus.
Workman et son collègue Marx Brook aiment l'idée de Moore, mais décident de placer le labo dans les monts Magdalena au lieu du Mt. Withington, plus proches de Socorro et dans la ligne du maire du campus. en , leur labo – le Laboratoire Langmuir pour la Recherche Atmosphérique – est construit et prêt à être mis en activité. En en , le Dr. Stirling Colgate, nouveau président de New Mexico Tech, offre des postes à Moore et Vonnegut. Ce dernier choisit de rester chez Arthur D. Little – et part plus tard chez SUNY Albany – mais Moore est ravi de l'occasion de venir à Tech comme professeur associé de physique et comme chercheur en physique.
en , il obtient la présidence du labo Langmuir. Durant son temps à la barre, il développe grandement les installations du labo. Il obtient des fonds et organise la construction d'une grande annexe au bâtiment principal, un hangar à ballon, un hangar à avion et des salles protégées enterrées (cages de Faraday) à South Baldy Peak pour étudier la foudre proche. Il est aussi responsable de la construction d'un radar à balayage vertical et de la résolution des problèmes politiques permettant le lancement de fusées instrumentées dans les orages au-dessus du Laboratoire Langmuir. De plus, il organise la modification et l'instrumentation d'un avion qui volera à travers les orages durant de nombreuses années.
Lorsqu'en un ballon (par la suite supposé être du projet Mogul) est proposé comme l'explication de l'incident de Roswell, Moore conteste :
Etant donné les descriptions, je peux catégoriquement éliminer cette possibilité. Il n'y avait pas de ballon en en pas plus aujourd'hui qui puisse correspondre à cet incident s4Berlitz, C. & Moore, W. L.: The Roswell incident, G. P. Putnam's Sons, 1980. Réédité 1988 Burbank, Californie: Fair Witness Project, 1982. Réédité Berkley Publishing Group, 1988.
Cependant, il s'aperçoit plus tard avoir été abusé par la description qu'on lui fit du crash :
Les lecteurs faisant référence à la page 28 de The Roswell Incident noteront que ma réponse contenait la condition d'être
basée sur la description que vous venez de me donner. Bien que William Moore ne m'ai montré aucun élément ou document pour étayer son histoire, il me dit qu'un appareil énorme s'était écrasé, avait creusé de longs sillons dans le sol, perdu des parties, puis avait rebondi dans les airs et quitté la région. De ce que je me souviens, il dit que l'appareil avait fini par s'écraser dans les Plaines de San Agustin à quelques 177 km à l'ouest. Sa description des 2 sites de crash avec de longs sillons profonds dans le sol sur le 1er site avait rendu improbable une explication de ballon.Cependant, en après avoir lu le livre publié de Berlitz et en , Moore, j'écrivis à Moore, contestant certaines de ses informations et son identification incorrecte de la photographie de mon ballon dans le livre. Il ne répondit jamais à ma lettre et les erreurs sont rééditées dans le livre qui est aujourd'hui sur le marché.
(...) En conclusion, il m'apparaît maintenant que l'atterrissage du vol NYU n° 4 sur le ranch Foster vers le milieu de journée le a probablement produit les débris trouvés par William Brazel le . La supposition ultérieure de Brazel, après avoir entendu parler de la récompense de 3000 $ offerte à qui trouverait des morceaux de "soucoupe volante", infecta apparemment l'idée chez le major Marcel et déclencha l'affaire aujourd'hui connue comme l'Incident de Roswell, qui a fourni à la ville de Roswell sa principale attraction touristique s5Moore, C. B. & Saler, Benson, & Ziegler, Charles A. : UFO Crash At Roswell - The Genesis of a Modern Myth, Smithonian Institution, 1997.
Moore part officiellement en retraite de New Mexico Tech en , mais continue à être actif en recherche. Il développe la 1ʳᵉ véritable amélioration du paratonnerre en prouvant que des extrêmités émoussées sont plus efficaces que des extrêmités pointues. Suite à ce travail, la plupart des paratonnerres fabriqués aux USA sont émoussés aux extrêmités.