William Starke Rosecrans nasceu em 6 de setembro de 1819 no Condado de Delaware, Ohio. O pai de William, Crandall Rosecrans, serviu sob William Henry Harrison na Guerra de 1812. Embora ele tivesse pouca educação formal quando criança, Rosecrans era considerado estudioso e inteligente. Como a sua família tinha recursos financeiros limitados, ele procurou nomeação para a Academia Militar dos Estados Unidos.
Rosecrans entrou em West Point em 1838. Durante seu tempo lá ele ganhou o apelido de “Rosy”, que ficaria com ele para o resto de sua vida. Em 1842 ele se formou em quinto lugar em uma classe de 56, terminando à frente de vários futuros generais da Guerra Civil, incluindo John Pope, Abner Doubleday, D.H. Hill, e James Longstreet. Em 1843, Rosecrans casou-se com Anna Elizabeth Hegeman, com quem acabaria por ser pai de pelo menos cinco filhos. Em 1845, ele se converteu ao catolicismo.
A carreira militar antebellum de Rosecrans não era notável. Depois de ajudar na construção das defesas costeiras na Virgínia, ele foi transferido de volta para West Point, onde ensinou várias disciplinas de 1843 a 1847. Ao contrário de muitos dos seus colegas oficiais, Rosecrans nunca serviu no México. Depois de deixar West Point, ele serviu em múltiplos projetos de engenharia em todos os Estados Unidos. Em 1851 ele foi transferido para um emprego no Instituto Militar da Virgínia, em favor de Thomas J. Jackson.
Rosecrans demitiu-se das forças armadas devido à saúde precária em 1854, deixando o Exército como Primeiro Tenente. Embora nenhuma de suas perseguições civis antebellum fosse particularmente lucrativa, Rosecrans ganhou várias patentes durante este período. Em 1859 uma lâmpada de petróleo experimental explodiu, provocando queimaduras faciais graves em Rosecrans. Embora os danos tenham sido cobertos pela barba, as cicatrizes fizeram com que ele parecesse estar constantemente sorrindo.
Pouco depois do bombardeio rebelde de Fort Sumter, Rosecrans juntou-se ao bastão de George B. McClellan. Em junho de 1861 foi nomeado Coronel da 23ª Infantaria do Ohio e promovido a Brigadeiro-General do Exército Regular (com sua patente retroativa a 16 de maio). No verão de 1861 Rosecrans serviu sob McClellan durante a bem sucedida campanha da União na Virgínia Ocidental, abrindo caminho para a formação do estado da Virgínia Ocidental em 1863. Depois que McClellan foi trazido para o leste para assumir o comando do Exército do Potomac, Rosecrans recebeu o comando das forças da União na região.
Embora Rosecrans fosse um comandante eficaz, pessoalmente corajoso e popular entre os seus homens, às vezes era difícil de se dar bem com ele. Um contemporâneo escreveu que, “Para aqueles acima dele, ele era sempre meticuloso, muitas vezes irritado, e às vezes lamentavelmente indiscreto”.
Em maio de 1862 Rosecrans foi transferido para o Teatro Ocidental e colocado no comando de uma ala do Exército de João Papa do Mississippi durante o Cerco de Corinto. Rosecrans substituiu o Papa depois que este último foi trazido para o Teatro Oriental no verão de 1862. O oficial superior de Rosecrans foi o Major General Ulysses S. Grant, que comandou todas as forças da União no Tennessee Ocidental e arredores. Rosecrans conduziu suas tropas a duras vitórias em 19 de setembro em Corinto, Mississippi e 3-4 de outubro em Iuka, Mississippi. No entanto, a sua incapacidade de perseguir agressivamente os Confederados em retirada após a Batalha de Corinto, mereceu a ira do General Grant.
Segundo as suas vitórias em Iuka e Corinto, Rosecrans foi enviado para o Kentucky para substituir Don Carlos Buell como o comandante do Exército de Cumberland. Liderando seu novo comandante, o Exército do Cumberland lutou contra o Exército de Braxton Bragg do Tennessee até um impasse na Batalha do Rio Stones, de 31 de dezembro de 1862 a 2 de janeiro de 1863. A vitória de Rosecrans foi um ponto luminoso muito necessário num inverno sombrio para a causa da União.
Apesar da forte pressão do Presidente Lincoln, Rosecrans absteve-se de avançar durante os próximos seis meses. Finalmente, no final de Junho, Rosecrans começou uma ofensiva bem executada que forçou os Confederados a abandonar a cidade vital de Chattanooga, Tennessee, e a retirar-se para a Geórgia. No entanto, o exército de Bragg permaneceu intacto, pois Rosecrans concentrou-se na captura de território em vez de destruir as forças inimigas. Em 19 e 20 de setembro, Bragg atacou de volta perto de Chickamauga Creek. Numa das poucas batalhas em que a União estava em menor número, o Exército Confederado do Tennessee deu um golpe esmagador no Exército do Cumberland, enviando Rosecrans de volta para Chattanooga, onde as forças federais foram rapidamente sitiadas.
Após o desastre em Chickamauga, Grant, que tinha sido recentemente promovido ao comando geral das forças da União no oeste, optou por aliviar Rosecrans do comando, substituindo-o pelo Major-General George Thomas. A caminho de Chattanooga para avaliar a situação, Grant encontrou Rosecrans, que estava de regresso ao norte. Grant escreveu mais tarde, “fizemos uma breve entrevista, na qual ele descreveu muito claramente a situação em Chattanooga, e fez algumas excelentes sugestões sobre o que deveria ser feito”. A minha única surpresa foi que ele não as tinha levado a cabo”. Por sua vez, Rosecrans permaneceu amargo para Grant pelo resto de sua vida, culpando-o pela sua queda da graça. Ele escreveu ao seu amigo James Garfield: “Considero a minha situação actual um ultraje à justiça, tendo poucos paralelos nesta ou em qualquer outra guerra. Mas eu sou um crente firme na queda final da iniquidade”
Embora ele tenha comandado as forças da União no Missouri em 1864, Rosecrans não desempenhou um papel significativo nas operações da União durante o resto da guerra. Em 1867, ele renunciou à sua comissão no Exército. Um ano depois, foi nomeado pelo Presidente Andrew Johnson como Ministro dos Estados Unidos no México e serviu no cargo por um ano.
Rosecrans passou grande parte da sua vida no pós-guerra na Califórnia. Em 1880 ele foi eleito para o Congresso como democrata. Ele representou o 1º Distrito da Califórnia por dois mandatos, servindo de 1881 a 1885. Durante seu tempo na Câmara dos Deputados, Rosecrans se opôs a um projeto de lei para prover uma pensão para seu velho rival, Ulysses S. Grant, que na época estava quase destituído e morrendo de câncer de garganta. A legislação aprovou as objeções de Rosecrans.
Rosecrans morreu em 11 de março de 1898. Ele foi inicialmente enterrado no cemitério de Rosedale, em Los Angeles, Califórnia. Em 1902 seu corpo foi reinterpretado no Cemitério Nacional de Arlington.