威尔海姆·伦琴1845年3月27日出生在德国普鲁士鲁尔地区的一个小镇莱尼斯。他曾在3个国家的好几所大学里就读，后来在库恩德的建议下研究物理学，并随库恩德来到维尔茨堡大学，成了这位著名实验物理学家的助手。后来，经过多次辗转，1888年他当上了维尔茨堡大学物理所所长，并于1895年发现了穿透力极强的X射线，从而轰动了世界。
在伦琴发现X射线之前，人类关于真空放电现象的研究由来已久，1836年，法拉第发现稀薄气体的放电伴随着色彩缤纷的辉光，并发现了“法拉第暗区”。不久，德国科学家尤利乌斯·普吕克尔借助于较高真空度的真空放电管于19世纪60年代进一步研究法拉第暗区，他发现与放电管阴极相对的管壁上呈现绿色荧光，这个光斑还会因外界磁铁的移动而改变位置。后来，普吕克尔的学生约翰·希托夫和英国物理学家威廉·克鲁克斯继承了普吕克尔的事业，他们分别独立制成了高真空放电管，并判断出放电是从阴极而来的一种射线，而且是一种具有直线传播性质和受外界磁场影响将产生偏转的射线，于是命名为“阴极射线”。
那么，阴极射线究竟是什么？它由什么组成？这个问题引起很多人的争论，许多物理学家都加入了对阴极射线的研究行列。伦琴也是其中的一负。
伦琴在担任物理所所长以后，一直研究阴极射线。1894年，汉堡大学的一位青年学者雷纳德，曾对能放射阴极射线的玻璃管进行了改装。他把阴极射线碰在玻璃壁上放射线绿色光的地方取下，改装上薄铝片。通过实验证明，阴极射线可以通过铝片放射到外部。他又把铂氯化钡涂在玻璃板上，创造出了能够探测阴极射线的荧光板。当阴极射线碰到荧光板时，它会放出耀眼的光芒。
伦琴在重复上述实验时，发现了奇迹。为了使放电管不受外界的影响，伦琴用一张包照相底片的黑纸，仔细地把玻璃管包好，在他接通电流后，把荧光板靠近阴极射线管上的铝片窗口，灾光板上放出了微弱的光亮，距离稍远一点，荧光板又不亮了。
“噢，阴极射线在空气中，只能在稍近的距离内有效，距离一远就不行了。阴极射线确实能够通过铝片，但通不过玻璃管，不管多么薄的玻璃也通不过去……”伦琴说道。
为了进一步证实，伦琴换上没有铝窗的玻璃管，又用黑纸包好。打开开关，包好的玻璃管一点也不露光，但放在远处的荧光板竟然亮了起来。伦琴十分惊奇，当他顺手拿起闪闪发光的荧光板时，一个完整手骨的影子突然出现在荧光板上，伦琴的额上渗出了冷汗。
“好奇怪！荧光板怎么放光了呢？”
伦琴赶紧拿起玻璃管，又仔细检查一遍，包得很好，一点光也不露。再试一下，荧光板仍然发光，伦琴绞尽脑汁地思考着这个奇怪的现象。伦琴想，这肯定不是阴极射线，因为它能穿透玻璃，遮光的黑纸和人的手掌，其能量是很大的。
为了验证它还能穿透哪些物质，伦琴几乎把手边能拿到的东西都拿来做了实验。木头、橡胶皮、厚纸板、金属片……一件件地进行照射实验，结果这些东西都被穿透了。最后，铅挡住它的去路，神奇的光停住了。伦琴感到这是一种新的光线，眼睛是看不见的，既然弄不清楚它是什么，就叫它“X射线”好了。
1895年12月22日，伦琴的妻子来到实验室看他，伦琴用X射线拍了一张夫人的左手照片，照片骨肉分明，连结婚戒指也清晰可见，这是世界上最早的一张X光照片。
1895年12月28日，伦琴宣布了自己的发现和研究成果，并出示了这张X射线照出的手骨照片，整个科学界为之震惊。人们纷纷来到实验室里，从高真空放电管中找到了X射线。不久，X射线被用于医学，成为了神奇的医疗手段。
X射线的发现，对物理学的进展和科学技术的进步产生了深远影响，它直接导致了放射性物质的发现。伦琴的贡献是巨大的，为此，1900年，伦琴成为世界上第一个诺贝尔物理学奖金的获奖者。在医学界人士倡仪下，“X射线”又称“伦琴射线”。