Уильям Сароян родился 31 августа 1908 года в калифорнийском городе Фресно, в семье армянского эмигранта, занимавшегося виноделием. После смерти отца в 1911 г. ребенок был на некоторое время передан в сиротский приют. В 1921 году посещал курсы машинописи. В пятнадцатилетнем возрасте оставил учебу и решил заняться писательством. В дальнейшем занимался самообразованием и пробавлялся случайными заработками. Несколько его ранних рассказов были напечатаны в The Overland Monthly.

Героями его произведений всегда были простые и не очень счастливые люди, о которых он писал с теплотой, состраданием и надеждой на лучшее. Признание пришло к нему после первого же сборника рассказов Отважный молодой человек на летающей трапеции (The Daring Young Man on the Flying Trapeze, 1934); герой одноименного рассказа - безработный, умирающий с голоду юноша. Как драматург Сароян заявил о себе пьесой В горах мое сердце (My Heart's in the Highlands, 1939), о непризнанном счастливце-поэте, юноше, все принимающем близко к сердцу, и старом актере и музыканте, с его мыслями о прошлом и будущем. Роман «Человеческая комедия» (The Human Comedy, 1943) был куплен киностудией MGM и укрепил материальное положение писателя.

В 1943 году Сароян женится на 17-летней Кэрол Маркус.
В 1952 году он пишет первые мемуары, The Bicycle Rider in Beverly Hills.
С 1958 года Сароян живёт преимущественно в Париже, где у него появляется собственная квартира.

Умер Сароян 18 мая 1981 года в его родном городе Фресно, где и был похоронен, но, выполняя волю писателя, оставленную в завещании, часть его сердца захоронили в Армении, у подножья Арарата, недалеко от которого находится озеро Ван, а там дальше — город Битлис — родина его родителей.