Willi Hennig nacque in un piccolo villaggio della Sassonia in una famiglia di modeste condizioni economiche: il padre, Karl Ernst Emil Hennig, era ferroviere; la madre, Marie Emma Groß, cameriera. Si iscrisse all'università di Dresda nel 1932, laureandosi nel 1936 in Biologia. Il 1º gennaio 1937, grazie a una borsa di studio della Deutsche Forschungsgemeinschaft, il principale ente di ricerca tedesco, entrò nel Deutsches Entomologisches Institut ("Istituto entomologico tedesco") dell'Istituto Kaiser Wilhelm di Berlino. L'attività fu interrotta dalla guerra: chiamato alle armi nel 1939, fino al 1945 prestò servizio in Polonia, Francia, Danimarca, Russia (dove fu ferito) e Italia interessandosi soprattutto di profilassi antimalarica. Nel 1945 fu catturato in prossimità di Trieste e rinchiuso per qualche mese in un campo di concentramento. Per la sua partecipazione alla seconda guerra mondiale fu accusato, soprattutto da Léon Croizat, di filonazismo; Hennig ha tuttavia sempre negato con sdegno l'accusa, peraltro mai supportata da prove.