Ta on William H. Gates Sr. (sündinud 1925) ja Mary Maxwell Gates (1929-1994) poeg. Tema esivanemad on inglise, saksa, iiri ja šoti-iiri. Ta isa oli tuntud advokaat ja tema ema töötas First Interstate BancSystem'i ja United Way'i juhatuses. Gates'i vanaisa ema poolest oli J. W. Maxwell, riikliku panga president. Gatesil on üks vanem õde Kristi (Kristianne) ja noorem õde Libby. Ta on neljas oma perekonnas, kuid teda tuntakse William Gates III või "Trey" nime all, sest tema isal oli "II" ASX. Gates'i perekond elas Seattle'i Sand Point'i piirkonnas kodus, mis oli tornado poolt kahjustatud.
üks vanem õde Kristi (Kristianne) ja noorem õde Libby