Wilhelm Karl Gentz studierte ab 1843 an der Universität in Berlin und besuchte eineinhalb Jahre die Klasse für Historienmalerei an der Kunstakademie in Berlin unter August von Kloeber (1793-1864). 1845 ging er für neun Monate nach Antwerpen. Im Anschluss begann er eine Ausbildung in zwei renommierten Pariser Ateliers bei Charles Gleyre (1806-1874) und Thomas Couture (1815-1879). Diese Jahre sollten die Grundlage seiner Werke bilden.

1857 siedelte er nach Berlin über. Dort lernte er unter anderem Anselm Feuerbach (1829-1880), Ludwig Knaus (1829-1910) und Rudolf Henneberg (1826-1876) kennen. Er tauschte sich in der Zeit viel mit den französischen Malern Paul Delaroche (1797-1856), Louis Boulanger (1806-1867) und Jean-Léon Gérome (1824-1904) aus.
1874 trat er der Berliner Akademie der Künste bei und saß dort ab 1887 im akademischen Senat.
1881 wurde er zum Professor ernannt.
Ebenso erhielt er in seiner Schaffenszeit zahlreiche Auszeichnungen wie 1862 die kleine Goldmedaille in Berlin, 1876 die Münchner Medaille und 1876 die große Goldmedaille in Berlin.

Reisen nach Spanien, Marokko, Nubien, Kleinasien, in die Türkei, nach Syrien, Palästina, Algier, Tunis und Tripolis entfachten seine Faszination für den Orient. Vor allem Ägypten gehörte zu seinen favorisierten Reisezielen. Dort hielt er sich sechs Mal auf und unterhielt ein Atelier in Kairo. Er lernte auch Carl Friedrich Werner (1808-1894), Carl von Diebitsch (1819-1869), Félix Clément (1826-1888) und Alexandre Bida (1813-1895), mit dem er teilweise zusammenarbeitete, kennen.
1864 traf er bei einer Reise nach Triest den Orientmaler Bernhard Fiedler (1816-1904).
Seine Faszination für den Orient gab er in zahlreichen seiner Werke wieder. Teilweise orientierte er sich an den Sujets von Horace Vernet (1789-1863) und vereinte in seinen Arbeiten biblische Themen und orientalische Elemente.

In seinen Frühwerken zählen Paolo Veronese (1528-1588), Velázquez (1599-1660) und Peter Paul Rubens (1577-1640) zu seinen Vorbildern.
Im weiteren Verlauf seiner Schaffensphase schuf er detaillierte Naturstudien, mit den für ihn charakteristischen Genresujets, die sich mit Karawanen in der Wüste, Beduinenlager, Marktszenen, Kaffeehäusern, teilweise Sklaventransporten und Portraits auseinandersetzten.
Sein zentrales Interesse galt der Beschreibung des Alltags, der Arbeit der Menschen und Feste.
Ab 1870 wurde er endgültig als Maler des Orients anerkannt und befand sich auf dem Höhepunkt seines Erfolgs.
In dieser Zeit erhielt er nach einer Studienreise den Auftrag des preußischen Kronprinzen für sein Hauptwerk „Der Einzug des Kronprinzen Friedrich Wilhelm in Jerusalem 1869“.

Malerischer Realismus und ein an akademischen Konventionen orientierter Bildaufbau, der an Werke von Leopold Carl Müller (1834-1892) erinnern, lassen sich in seinen Arbeiten finden.
Seine Werke sind eine Kombination aus einem idealisierten Orientbild und einer sachlichen wirklichkeitsnahen Schilderung. Die Wirkung des Sonnenlichts galt in seinen Werken als meisterhaft.
Sein künstlerisches Talent gab er auch an seinen Sohn Ismael Gentz (1862-1914) weiter.