Il réunifia définitivement sous une même couronne la Bavière munichoise à la Bavière-Landshut. Fils du duc Albert IV le Sage et de Cunégonde d’Autriche, il exerça le pouvoir en 1511 après une période de régence.
En 1514, son frère Louis X de Bavière-Landshut éleva des réclamations contre lui. Les Bavarois craignaient un retour des hostilités de la guerre de succession de 1505, mais sous la pression de l’empereur, Guillaume accepta de partager le pouvoir. Louis administrerait Landshut et Straubing depuis l’ancienne capitale de Landshut. À sa mort en 1545, Louis X lui légua ses fiefs conformément au serment des Wittelsbach.
Le 23 avril 1516, jour de la Saint Georges, il promulgua dans son duché le décret de pureté sur la bière, qui régit jusqu’à aujourd’hui la composition de la bière dans les pays germaniques. Guillaume IV épousa le 5 octobre 1522 à Munich la princesse Jacqueline Marie de Bade, fille du margrave Philippe 1er de Bade et de la princesse Elisabeth de Palatinat.
En 1524 il se laissa convaincre par le Clément VII, récemment élu, de retirer les titres de noblesse aux évêques de Bavière, d’accueillir les institutions de l’Église pour la promotion du catholicisme, et fut l’un des adversaires les plus acharnés de la Réforme, qu’il ne laissa pas s’implanter dans son duché.
Il soutint l’empereur Charles Quint en 1546/47 contre la Ligue de Smalkade, mais ne parvint pas à obtenir en contrepartie le titre d’électeur palatin. Après avoir, par l’accueil des Jésuites, fait de l’université d’Ingolstadt un refuge pour les clercs catholiques allemands, il mourut en 1550. Son fils Albert V de Bavière lui succéda.
Il est enterré à la cathédrale Notre-dame de Munich.
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