威爾海姆·倫琴1845年3月27日出生在德國普魯士魯爾地區的一個小鎮萊尼斯。他曾在3個國家的好幾所大學裏就讀，後來在庫恩德的建議下研究物理學，並隨庫恩德來到維爾茨堡大學，成了這位著名實驗物理學家的助手。後來，經過多次輾轉，1888年他當上了維爾茨堡大學物理所所長，並於1895年發現了穿透力極強的X射線，從而轟動了世界。
在倫琴發現X射線之前，人類關於真空放電現象的研究由來已久，1836年，法拉第發現稀薄氣體的放電伴隨著色彩繽紛的輝光，並發現了“法拉第暗區”。不久，德國科學家尤利烏斯·普呂克爾借助於較高真空度的真空放電管於19世紀60年代進一步研究法拉第暗區，他發現與放電管陰極相對的管壁上呈現綠色熒光，這個光斑還會因外界磁鐵的移動而改變位置。後來，普呂克爾的學生約翰·希托夫和英國物理學家威廉·克魯克斯繼承了普呂克爾的事業，他們分別獨立製成了高真空放電管，並判斷出放電是從陰極而來的一種射線，而且是一種具有直線傳播性質和受外界磁場影響將產生偏轉的射線，於是命名為“陰極射線”。
那麼，陰極射線究竟是什麼？它由什麼組成？這個問題引起很多人的爭論，許多物理學家都加入了對陰極射線的研究行列。倫琴也是其中的一負。
倫琴在擔任物理所所長以後，一直研究陰極射線。1894年，漢堡大學的一位青年學者雷納德，曾對能放射陰極射線的玻璃管進行了改裝。他把陰極射線碰在玻璃壁上放射線綠色光的地方取下，改裝上薄鋁片。通過實驗證明，陰極射線可以通過鋁片放射到外部。他又把鉑氯化鋇塗在玻璃板上，創造出了能夠探測陰極射線的熒光板。當陰極射線碰到熒光板時，它會放出耀眼的光芒。
倫琴在重複上述實驗時，發現了奇跡。為了使放電管不受外界的影響，倫琴用一張包照相底片的黑紙，仔細地把玻璃管包好，在他接通電流後，把熒光板靠近陰極射線管上的鋁片窗口，災光板上放出了微弱的光亮，距離稍遠一點，熒光板又不亮了。
“噢，陰極射線在空氣中，隻能在稍近的距離內有效，距離一遠就不行了。陰極射線確實能夠通過鋁片，但通不過玻璃管，不管多麼薄的玻璃也通不過去……”倫琴說道。
為了進一步證實，倫琴換上沒有鋁窗的玻璃管，又用黑紙包好。打開開關，包好的玻璃管一點也不露光，但放在遠處的熒光板竟然亮了起來。倫琴十分驚奇，當他順手拿起閃閃發光的熒光板時，一個完整手骨的影子突然出現在熒光板上，倫琴的額上滲出了冷汗。
“好奇怪！熒光板怎麼放光了呢？”
倫琴趕緊拿起玻璃管，又仔細檢查一遍，包得很好，一點光也不露。再試一下，熒光板仍然發光，倫琴絞盡腦汁地思考著這個奇怪的現象。倫琴想，這肯定不是陰極射線，因為它能穿透玻璃，遮光的黑紙和人的手掌，其能量是很大的。
為了驗證它還能穿透哪些物質，倫琴幾乎把手邊能拿到的東西都拿來做了實驗。木頭、橡膠皮、厚紙板、金屬片……一件件地進行照射實驗，結果這些東西都被穿透了。最後，鉛擋住它的去路，神奇的光停住了。倫琴感到這是一種新的光線，眼睛是看不見的，既然弄不清楚它是什麼，就叫它“X射線”好了。
1895年12月22日，倫琴的妻子來到實驗室看他，倫琴用X射線拍了一張夫人的左手照片，照片骨肉分明，連結婚戒指也清晰可見，這是世界上最早的一張X光照片。
1895年12月28日，倫琴宣布了自己的發現和研究成果，並出示了這張X射線照出的手骨照片，整個科學界為之震驚。人們紛紛來到實驗室裏，從高真空放電管中找到了X射線。不久，X射線被用於醫學，成為了神奇的醫療手段。
X射線的發現，對物理學的進展和科學技術的進步產生了深遠影響，它直接導致了放射性物質的發現。倫琴的貢獻是巨大的，為此，1900年，倫琴成為世界上第一個諾貝爾物理學獎金的獲獎者。在醫學界人士倡儀下，“X射線”又稱“倫琴射線”。