嘉靖三十四年（1555年），王世懋参加乡试，但恰好有忌恨其父的人摘抄他文章中的小错误，只有王世懋的文章没有送入内庭，于是王世懋回去继续侍奉父亲。父亲王忬原来在经学方面就比其他儒生擅长，到了老年更加精益求精，和王世懋每天讨论达三年时间。等到再到太学学习，多次考试都是第一名，特别被祭酒敖铣赞赏。

嘉靖三十七年二月二日（1558年2月19日），王世懋以父荫被补为国子生。不久，王世懋以贡生的身份参加顺天乡试，以第四十三名考中举人。

嘉靖三十八年（1559年），王世懋参加会试，王世懋参加会试，他的文章和书写都很精美，收试卷的官员想着把王世懋的试卷送到内阁首辅的处所。旧例，第一甲的文章必须让内阁首辅辨别，但内阁首辅严嵩特别嫉妒王世懋的父亲王忬。严嵩的宾客当时与密封试卷的人都知道他的意思，就抽走了王世懋的文章，于是王世懋得了第三等，在兵部做事。不久，王世懋之父王忬将要被斩首，王世懋向严嵩请求代替父亲去死，严嵩不允许。

嘉靖四十年（1561年），太仓发生灾盗，王世懋请求母亲与外甥在城内居住，自己和兄长王世贞守父丧。

嘉靖四十五年（1566年），严嵩已经倒台，王世懋与兄长王世贞、母亲郁氏商议前往京师为父亲洗刷冤屈。同年，王世懋有一子出生，未满月而死。

隆庆元年（1567年）春，王世懋与兄长王世贞到达京师，向明穆宗诉说冤情。不久，明穆宗下令恢复王忬的官籍，对王世贞官复原职。

隆庆三年（1569年），王世懋被任命为南京礼部仪制司主事。同年十一月九日（12月16日），王世懋葬父亲王忬于项径之阳。

万历元年（1572年）正月，母郁氏丧服除。十月，补任祠部员外郎。

万历三年二月十五日（1575年3月26日），王世懋担任尚宝司丞。当时正是辅臣张居正实行新政之时，御史傅应祯与刘台因上疏弹劾张居正，先后招致下狱。王世懋并不避嫌，与廷尉石拱辰联系张居正的门客帮忙。于是，张居正误以为他有共同参与弹劾之事，借机把他调离京.

万历四年（1576年），王世懋奉诏到陕西吊祭秦藩，他拒绝世子国臣赠送的丰厚礼物，概不接受。不久，王世懋升任江西布政使左参议。

万历六年十二月十九日（1579年1月15日），王世懋升任江西副使。

万历九年八月五日（1581年9月2日），王世懋因病请求致仕，明神宗同意了他的请求。

万历十年九月十七日（1582年10月3日），朝廷对王世懋进行了考察。同年十二月一日（12月25日），王世懋被起任为浙江提学副使。

万历十二年十月二日（1584年11月3日），王世懋改任福建提学副使。

万历十三年八月二十二日（1585年9月15日），王世懋升任福建布政司左参政。

万历十四年六月十三日（1586年7月28日），王世懋升任南京太常寺少卿。同年十二月二十日（1587年1月28日），王世懋赴任南京太常寺少卿。

万历十六年闰六月十四日（1588年8月5日），王世懋去世，享年五十三岁。