Wilhelm Nestle fue el único hijo de Christian Gottlieb Nestle, procurador del tribunal supremo (fallecido en 1879), y de Maria Christiane Steudel (fallecida en 1889), que habían tenido otros hijos en matrimonios anteriores. Tras su periodo escolar, Nestle estudió Filología clásica, Filosofía e Historia en la Universidad de Tubinga y en la Universidad Humboldt de Berlín. Fue discípulo, entre otros, de Alfred von Gutschmid y Erwin Rohde. En 1888 superó el examen de profesorado y en 1889 se doctoró en Filosofía en Tubinga; ingresó en el servicio escolar de Wurtemberg, cambiando con frecuencia de puestos; entre otros, trabajó en Heilbronn, Tubinga, Stuttgart, Maulbronn y Ulm. Allí se casó en 1899 con Klara Neuffer y emprendió, en el mismo año, viajes de estudios a Grecia e Italia. En 1900, asumió un puesto de preceptor en Schwäbisch Hall. En esa ciudad publicó la primera de muchas obras: Euripides, der Dichter der griechischen Aufklärung (Eurípides, el poeta de la Ilustración griega), que le mereció la llamada en 1902 como profesor en el seminario teológico evangelista de Schöntal, donde dio clases durante seis años. De 1909 a 1913 fue director de estudios superiores en el Karlsgymnasium de Stuttgart; de 1913 a 1919 fue rector del Heilbronner Karlsgymnasiums, tras lo cual regresó al Karlsgymnasium de Stuttgart como tercer rector. Jubilado en 1932, fue nombrado profesor honorífico de filosofía griega en la Universidad de Tubinga. Siguiendo a la publicación de numerosos escritos filológicos, en 1940 y 1944 aparecieron sus obras principales: Vom Mythos zum Logos, die Selbstentfaltung des griechischen Denkens von Homer bis auf die Sophistik und Sokrates (Del mythos al logos: El autodespliegue del pensamiento griego desde Homero hasta la sofística y Sócrates) y Griechische Geistesgeschichte von Homer bis Lukian in ihrer Entfaltung vom mythischen zum rationalen Denken dargestellt (Historia del espíritu griego desde Homero hasta Luciano, expuesta en su desarrollo desde el pensamiento mítico hasta el racional). En 1947 la Universidad de Heidelberg le otorgó el Premio Kuno Fischer por Vom Mythos zum Logos. En la misma fecha Nestle comenzó a volverse ciego. Falleció a los noventa y cuatro años.
