Mieris war der zweite Sohn des Dou-Schülers Frans van Mierisder Ältere und dessen Frau Cunera (geborene van der Cock). Jan van Mieris war sein älterer Bruder. Frans van Mieris der Jüngere war sein Sohn aus seiner Ehe mit Agneta Chapman († 1748).[1]
Nach der Lehrzeit im Atelier seines Vaters wurde van Mieris 1683 Mitglied der Leidener St.Lukas-Gilde. Als Gilden-Hauptmann fungierte er in den Jahren 1697, 1698, 1704 und 1708. Im Jahr 1699 war er der Gilden-Vorsitzende. Zusammen mit Jacob van Toorenvliet und Carel de Moor gründete er um 1694 eine Zeichenakademie (die Leidse Tekenacademie) in Leiden, die bis 1736 Bestand hatte. Es wird angenommen, dass Willem van Mieris etwa ab dieser Zeit zunehmend erblindete.
Willem van Mieris. In: Karl Woermann (Hrsg.): Katalog der Königlichen Gemäldegalerie zu Dresden. Kapitel: Die niederländischen Schulen. II. Meister des XVII. Jahrhunderts. Die Leidener Schule. Wilhelm Hoffmann, Dresden 1887, S. 558–561 (Volltext [Wikisource]).