Willem van Mieris, der die berühmte Leidener Schule im 18. Jahrhundert fortsetzt, kommt im Jahr 1662 in Leiden zur Welt. Er wird als zweiter Sohn des zu dieser Zeit bereits berühmten Genremalers Frans van Mieris d.Ä. geboren, sein zwei Jahre älterer Bruder ist der Maler Jan van Mieris.
Willem van Mieris lernt sein Handwerk im Atelier seines Vaters. Immer wieder kopiert Willem van Mieris dabei auch die Malereien des Frans van Mieris d.Ä. und eignet sich so einen technisch virtuosen Stil an. Nach Beendigung der Ausbildung wird Willem van Mieris 1685 Mitglied in der Lukasgilde seiner Geburtsstadt.
Leiden bleibt der Lebensmittelpunkt für Willem van Mieris, hier tritt der junge Maler in die Fußstapfen seines Vaters. Wie dieser pflegt auch Willem van Mieris einen feinmalerischen, überaus exakten Stil. Im Frühwerk arbeitet Willem van Mieris zudem mit kontrastreichen Hell-Dunkel-Effekten, später liegt sein Hauptaugenmerk ganz auf den Bilddetails: Mit größter Akribie führt Willem van Mieris auch die kleinsten Bildpartien mit größter Sorgfalt aus und erzeugt so Malereien von ganz eigener Wirkung. Motivisch orientiert sich Willem van Mieris dem Zeitgeschmack entsprechend oft an den Themenfeldern der antiken Mythologie und der Bukolik.
Neben der Malerei tritt Willem van Mieris auch als Druckgrafiker und als Wachsbossierer auf. Die kleinen Wachsskulpturen des Willem van Mieris sind zu dessen Lebzeiten überaus gefragt, aus materialspezifischen Gründen jedoch der Nachwelt nicht erhalten geblieben.
Willem van Mieris, der um 1694 gemeinsam mit Jacob Toorenvliet und Carel de Moor zu den Gründungsfiguren der Zeichnungsschule "Leidse Tekenacademie" zählt, ist bis in die mittleren 1730er Jahre hinein als Künstler aktiv. Dann verliert der Maler sein Augenlicht und kann nicht mehr arbeiten. Vollständig erblindet verstirbt Willem van Mieris im Jahr 1747 in Leiden.