Director de orquesta, pianista, profesor y compositor holandés. Nació el 28 de marzo de 1871 en Utrecht (Países Bajos) y falleció el 20 de marzo de 1951 en Coira (Suiza). Hijo del escultor danés Friedrich Wilhelm Mengelberg.

Comenzó los estudios musicales en su ciudad natal con Johan Cornelis Marius van Riemsdijk y Richard Hol. Los completó en el Conservatorio de Colonia, donde estudió contrapunto con Adolf Jensen, piano con Isidor Seiss, órgano con Friedrich Wilhelm Franke, canto con Benno Stolzenberg y dirección con Franz Wüllner; allí obtuvo el primer premio en dirección, piano y composición. Inició su carrera como director en Lucerna en 1892, y en 1895 fue nombrado director de la Orquesta del Concertgebouw de Ámsterdam, por recomendación de Wüllner. En 1898 contrajo matrimonio con Mathilde Mengelberg-Wubbe. Dirigió los Museum Concerts de Frankfurt entre 1917 y 1920, y ese año ofreció el primer gran ciclo de obras de su amigo Gustav Mahler durante la temporada XXV de la Concertgebouw. Entre 1920 y 1930 estuvo en Nueva York, donde primero dirigió a la National Symphony Orchestra y después a la New York Philharmonic Symphony Orchestra.

Estrenó obras de importantes compositores como Richard Strauss, Béla Bartók y Zoltán Kodály. Desde 1925 mantuvo correspondencia con Manuel de Falla. Ese año, el 29 de diciembre, tuvo lugar la presentación en Nueva York de "El retablo de maese Pedro" (1923) de Falla, con profesores de la mencionada Philharmonic Symphony Orchestra, Wanda Landowska al clave y Mengelberg como director. Amigo del pianista español Ricardo Viñes, por su iniciativa se presentó en Ámsterdam, el 26 de abril de 1926, “El retablo de maese Pedro”; en esta histórica representación participaron profesores de la Concertgebouw dirigidos por Mengelberg, la parte plástica de la puesta en escena corrió a cargo de los pintores Hernando Viñes, Manuel Ángeles Ortiz y Adolfo Armengod, y dirigió la escena el cineasta Luis Buñuel. El 23 de diciembre de 1926, en los conciertos de la Philharmonic Society, dirigió "Noches en los jardines de España" de Falla, en el Carnegie Hall de Nueva York, con Elie Robert Schmitz al piano.

Recibió en 1928 el grado honorífico de la Universidad de Columbia y en 1934 fue nombrado profesor de música en la Universidad de Utrecht. Durante la II Guerra Mundial no paró su actividad musical y ofreció conciertos en las zonas no ocupadas por los alemanes. Sin embargo, cuando finalizó la contienda perdió la titularidad de la Concertgebouw y no se le permitió dirigir debido a la relación que tuvo con el régimen alemán, por ello se retiró a Suiza.

Una parte de su legado se conserva en el Nederlands Muziek Instituut en La Haya. Contiene 1.162 partituras de dirección con anotaciones del propio Willem Mengelberg; algunas sugieren el contacto directo con los propios compositores como Gustav Mahler, Richard Strauss, Max Reger, Sergei Rachmaninov, Ígor Stravinski o Béla Bartók.