Вивчав живопис спочатку у Данській королівській академії мистецтв (1826—1833). Потім, отримавши стипендію, в серпні 1836 вирушив на навчання до Риму. На шляху до Рима він відвідав Берлін, Дрезден, Нюрнберг і Мюнхен. За підтримки своїх педагогів в Данській академії поступив в Академії витончених мистецтв Мюнхена. Закінчивши заняття в Мюнхенській Академії, здійснив чотирирічну навчальну поїздку в Рим, де вивчав класичне античне мистецтво. В цей італійський період створив ряд портретів і повних романтизму полотен, присвячених життю простих жителів Італії.
У 1841 повернувся у Данію, проїжджаючи через Париж і Берлін. У 1843 році став членом Данської королівської академії після того, як представив написане ним полотно «Еразмус Монтанус». З 1848 — професор Академії. Серед його учнів були відомі живописці групи скагенських художниківПедер Северин Креєр і Мікаель Анкер, а також Карл Блох і Христіан Цартман.
Писав жанрові та історичні полотна, був чудовим портретистом і ілюстратором книг. Широко відомі були його ілюстрації до комедій Людвіга Гольберга. У 1853 очолив данську королівську академію мистецтв в Копенгагені і керував нею до 1859 року.
Nørregård-Nielsen, Hans Edvard, The Golden Age of Danish Art. Drawings from the Royal Museum of Fine Arts, Copenhagen. Alexandria, VA: Art Services International, 1995. ISBN 0-88397-115-1.
Marstrand, Otto, Maleren Wilhelm Marstrand. København: Thaning & Appel, 2003. ISBN 87-413-6420-1.