Вильгельмсхафен возник не как обычный город, а как военно-морская база. В 1853 году Пруссия приобрела участок побережья бухты Яде и начала строительство крупного порта для будущего флота Северного моря. Город официально основал король Вильгельм I в 1869 году, от которого он и получил своё название. 

К началу XX века Вильгельмсхафен стал главной базой германского Флота открытого моря (Hochseeflotte). Именно здесь базировались линкоры и линейные крейсеры кайзеровского флота, построенные в рамках морской программы адмирала Тирпица для соперничества с британским флотом. 

Во время Первой мировой войны отсюда выходили основные силы немецкого флота, включая корабли, участвовавшие в Ютландском сражении 1916 года. Однако большую часть войны флот провёл в базе, сковывая силы британского Гранд-Флита самим фактом своего существования. 

Осенью 1918 года именно в Вильгельмсхафене начались матросские волнения, ставшие прологом Ноябрьской революции и падения Германской империи. После капитуляции Германии Флот открытого моря был интернирован в Скапа-Флоу, где его экипажи затопили большинство кораблей в 1919 году. 

Во Вторую мировую войну Вильгельмсхафен снова стал одной из главных баз германского флота и подводных лодок. Город подвергался массированным бомбардировкам союзников, но сохранил своё военно-морское значение. 

Сегодня здесь находится одна из крупнейших баз ВМС Германии и Немецкий военно-морской музей.