Wilhelm urodził się w 1310 roku w Grisac, we Francji (Langwedocja), jako syn Wilhelma Grimoarda, pana tejże miejscowości, oraz Anfelisy, hrabiny Montferrand. Jako chłopiec wstąpił do benedyktynów w Chirac. Po otrzymaniu na uniwersytecie doktoratu z obojga praw, wykładał jako profesor na uniwersytetach w Montpellier, w Tuluzie i w Awinionie. Następnie piastował urząd opata Saint-Germain w Auxerre i w opactwie św. Wiktora w Marsylii. Jako doskonały znawca prawa i dyplomata był nieraz wysyłany z różnymi misjami przez papieży awiniońskich.
Wybrany został papieżem po śmierci Innocentego VI w dniu 28 września 1362 roku. Przyjął imię Urbana V. Koronacja odbyła się 6 listopada tegoż roku. Kierował Kościołem przez 8 lat. Od początku założył sobie dwa cele: krucjatę przeciwko Turkom i unię z Kościołem wschodnim. Pierwszy z nich skończył się niepowodzeniem. Państwa Europy, skłócone ze sobą, nie chciały narażać się na tak wielkie ryzyko. Tylko Piotr z Lusignano poszedł za wołaniem papieża, zdobył nawet na krótko Aleksandrię egipską, ale - osamotniony - musiał się wycofać w 1363 r.
Sprawa unii zapowiadała się pomyślniej. Drogą wielu zabiegów oraz dyplomacji udało się skłonić cesarza wschodnio-rzymskiego, Jana V Paleologa, aby przybył osobiście do Rzymu i w obecności delegatów papieskich oraz kardynałów pojednał się z Kościołem łacińskim (1369). Cesarz wszakże zażądał w zamian za pojednanie pomocy politycznej przeciwko Turkom, którzy już bezpośrednio zaczęli zagrażać Konstantynopolowi. Sułtani Osman (1289-1362) i Orchan (1326-1359) zajęli już prawie całą Azję Mniejszą. W 1346 roku Turcy Osmańscy przeszli do Europy przez Dardanele. Po klęsce pod Nikopolis (Bułgaria) w 1396 roku, syn Jana V Paleologa, Manuel II (1391-1425), usiłował jeszcze na własną rękę werbować ochotników europejskich, jednak z nikłym powodzeniem. Wysłał również delegatów na sobór do Konstancji w 1417 r., ale sam się już na nim nie zjawił. Ostatecznie więc i ten cel nie został przez Urbana V urzeczywistniony. Wprawdzie na soborze we Florencji (5 lipca 1439 r.) doszło do pojednania, ale dość szybko unia rozpadła się.
W odróżnieniu od swojego dworu papież żył skromnie. Wiele czasu poświęcał modlitwie. Sam wysoko wykształcony, popierał uniwersytety i pomagał w studiach ubogiej młodzieży. Nie mogąc wypełnić planów krucjaty i unii, zwrócił szczególną uwagę na karność kościelną, na rozbudzenie gorliwości u kapłanów.
Urban V zapisał się w historii tym, że uniezależnił się od królów francuskich i, mimo gwałtownego sprzeciwu kardynałów francuskich, opuścił Awinion i powrócił do Rzymu. Do tego powrotu nagliły papieża św. Katarzyna Sieneńska (+ 1380) i św. Brygida (+ 1373), która papieżowi groziła w imieniu Chrystusa rychłą śmiercią, jeżeli do Rzymu nie powróci. Trzeba było zorganizować prawdziwą flotę, by przewieźć całą kurię papieską i jej dobra. Miało to miejsce 16 października 1367 roku. Niestety, papież nie pozostał w Rzymie długo. Po 58 latach nieobecności papieża w Rzymie możnowładcy rządzili się jak u siebie. Przyjazd papieża zapowiadał koniec ich panowania. Na tle powstałych zamieszek papież został zmuszony do powrotu do Awinionu w 1370 r. Dopiero następca Urbana V mógł już na stałe powrócić do Rzymu w 1377 r. W ten sposób zakończyła się tzw. "niewola awiniońska", trwająca 68 lat (1309-1377).
Przeżyte trudy i niepokoje wyczerpały siły papieża do tego stopnia, że zaraz po swoim powrocie do Awinionu rozchorował się ciężko i 19 grudnia 1370 roku przeniósł się do wieczności. Po śmierci Urbana jego ciało zabrał z Awinionu jego brat, kardynał Anioł Grimoard, i przewiózł je do Marsylii, do kościoła opactwa św. Wiktora. Grób papieża był licznie nawiedzany przez wiernych. Pius IX w 1870 roku zaliczył Urbana V w poczet błogosławionych.