Vilhelm af Hohenzollern var søn af Leopold af Hohenzollern-Sigmaringen, der var spansk tronprætendent i 1869–1870. Han var sønnesøn af den preussiske ministerpræasident Karl Anton af Hohenzollern-Sigmaringen og Josephine af Baden. Desuden var han dattersøn af Ferdinand 2. af Portugal og Maria 2. af Portugal. Vilhelm af Hohenzollern var oldesøn af storhertug Karl af Baden, storhertuginde Stéphanie de Beauharnais, kejser Pedro 1. af Brasilien og den brasilianske kejserinde Maria Leopoldina af Østrig. Han var tipoldesøn af arveprins Karl Ludvig af Baden, Hertug Franz Friedrich af Sachsen-Coburg-Saalfeld, Johan 6. af Portugal, Carlota Joaquina af Spanien og kejser Frans 2. af det tysk-romerske rige.  Efterkommere Vilhelm af Hohenzollern fik tre børn. Datteren Augusta Viktoria af Hohenzollern giftede sig med eks-konge Emanuel 2. af Portugal. Hans ældste søn blev far til Prins Johann Georg af Hohenzollern-Sigmaringen (1932–2016), som blev gift med Prinsesse Birgitta af Sverige og Hohenzollern. Prinsesse Birgitta er søster til kong Carl 16. Gustav af Sverige.  Rumænske slægtninge Vilhelm af Hohenzollerna farbror Karl blev Rumæniens første konge. Hans bror Ferdinand blev landets anden konge.