Гейтс родился в Сиэтле (штат Вашингтон), в семье корпоративного адвоката Уильяма Генри Гейтса II и члена совета директоров First Interstate Bank, Pacific Northwest Bell и национального совета United Way Мэри Максвелл Гейтс. У Гейтса есть 2 сестры: старшая — Кристи и младшая — Либби.
Гейтс учился в самой привилегированной школе Сиэтла, где он смог развить свои навыки программирования на школьном миникомпьютере. В тринадцать лет Билл написал свою первую программу — игру «Крестики-нолики» на языке программирования BASIC. Когда время, отведенное Биллу и его другу Полу Аллену для работы в компьютерной лаборатории, истекло, они взломали программу. За взлом компьютеров четырём студентам школы — Рику Вэйленду, Кенту Эвансу, Полу Аллену и Биллу Гейтсу — запретили работать на компьютерах в течение всего лета. Инициатором наказания стала компания Computer Center Corporation, чей компьютер студенты взломали. По истечении наказания студенты предложили компании находить ошибки в их программном обеспечении за возможность работать на компьютерах компании. Компания согласилась, и Гейтс с товарищами изучали множество исходных кодов программного обеспечения написанных на таких языках как FORTRAN, LISP, и в машинном коде. Данное сотрудничество продолжалось до 1970 года, пока компания не обанкротилась. В следующем году компания Information Sciences Inc. наняла четырёх студентов, чтобы написать программу ведения платежных ведомостей.
В школе Гейтс не преуспевал в грамматике, обществоведении и других предметах, которые он считал тривиальными, но получал высшие отметки по математике. К концу начальной школы плохое поведение Гейтса стало волновать его родителей и учителей настолько, что он был направлен к психиатру.
Я помешался на компьютерах. Пропускал физкультуру. Сидел в компьютерном классе до ночи. Программировал по выходным. Каждую неделю мы проводили там по двадцать-тридцать часов. Был период, когда нам запретили работать, потому что мы с Полом Алленом украли пароли и взломали систему. Я остался без компьютера на целое лето. Тогда мне было пятнадцать-шестнадцать лет…
В 17 лет Гейтс, Пол Аллен и Пол Гилберт основали компанию Traf-O-Data. Цель компании была в создании счетчиков для считывания дорожного трафика и составления отчетов для дорожных инженеров.
