Nació en 1864 en Copenhague. Estudió dibujo desde la edad de ocho años con Niels Christian Kierkegaard y Holger Grønvold, además de pintar con Vilhelm Kyhn, antes de matricularse en la Real Academia Danesa de Bellas Artes.
En las pinturas altamente atmosféricas de Vilhelm Hammershøi, tanto los exteriores como sus interiores están envueltos en un ambiente de ensueño y, a veces, melancólico.Prefirió pintar habitaciones hermosas, escasamente amuebladas, a menudo con una iluminación tenue. Varios de los interiores también presentan la figura de una mujer, que a menudo está total o parcialmente alejada del espectador, a veces cosiendo, a veces leyendo, y otras veces no participando en una actividad en particular. La coloración en las pinturas de Hammershøi es tenue, con matices de gris o verde oscuro. Sus colores y técnicas de pintura elegidos subrayan la naturaleza introvertida y contemplativa de su arte. Los interiores fueron ejecutados en su propia casa, y fue a menudo su esposa quien estuvo a su lado.
Hammershøi recibió reconocimiento tanto nacional como internacional durante su vida, pero después de su muerte en 1916, quedó algo olvidado. Sin embargo, desde la década de 1980, sus pinturas se han vuelto populares, y hoy es uno de los artistas escandinavos más reconocidos internacionalmente de este período.