Hijo de Frederick Oliver Popenoe y Marion Amanda Bowman. A los nueve años vivió un año en Costa Rica, donde su padre era dueño de una empresa minera de oro que fracasó. Posteriormente, la familia se mudó a Altadena, en el sur de California, y gestionó un vivero comercial especializado en plantas tropicales y subtropicales.

Después de graduarse de secundaria Wilson Popenoe empezó a interesarse por las plantas y por cómo podían llevarse nuevos frutos o plantas a otros lugares. Su padre se interesó en buscar semillas de aguacate para propagar, ya que se estaba haciendo bastante común la importación desde México, interés que le fue transmitido a Wilson Popenoe y luego sería descrito como su «primer amor».

Entre 1912 y 1913, él y su hermano mayor, Paul, fueron enviados por su padre a un viaje a Medio Oriente y África para obtener y enviar retoños de palmera datilera para el vivero. A su regreso, se incorporó al Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), en la Oficina de Introducción de Semillas y Plantas, bajo la dirección de D. G. Fairchild, como explorador agrícola. Su primera misión, entre 1913 y 1914, junto con A. D. Shamel y P. H. Dorsett, fue estudiar las naranjas navel y otras posibilidades hortícolas en Brasil. Posteriormente, en 1915, viajó a Florida y Cuba para trabajar en el proyecto del mango; en 1916-1917, a Guatemala; en 1918-1919, a México, en el proyecto del aguacate; y finalmente, en 1920, realizó extensas exploraciones vegetales en Guatemala, Costa Rica, Panamá y Colombia, así como en Ecuador, Perú y Chile en 1921.

En 1925 consiguió un empleo como agrónomo en la United Fruit Company. Eligió la ubicación de la Estación Experimental Agrícola Lancetilla, en Tela, en la costa atlántica de Honduras, y de 1933 a 1940 se desempeñó como agrónomo jefe y director de investigación agrícola tropical de la compañía.

Cuando Wilson Popenoe visitó Guatemala en 1916, quedó enamorado del país, y en 1930 compró una residencia en Antigua Guatemala que restauró con su primera esposa, Dorothy. Allí dedicó gran parte de su tiempo a estudiar las diferentes especies de aguacates guatemaltecos.

Wilson Popenoe se convirtió en un botánico, agrónomo y docente que desarrolló gran parte de sus actividades científicas en América Latina y el Caribe. Fue ampliamente reconocido por la experiencia adquirida durante sus misiones como explorador agrícola en los trópicos de América. Desarrolló estudios en ramas de las ciencias naturales, relacionadas con la botánica farmacéutica, agrícola, ornamental y forestal, conduciendo proyectos de investigación en fruticultura. Publicó varios manuales, libros y boletines, entre los cuales destacan El aguacate: su cultivo y distribución; Fruticultura centroamericana y Manual de frutas tropicales y subtropicales. Incluso, algunos de sus descubrimientos botánicos llevan su nombre, como la Begonia popenoei Standl. y la Dahlia popenovii Saff., de Guatemala, así como la Macleania popenoei S. F. Blake y la Passiflora popenovii Killip, de Ecuador.

En el 2007, su hija Marion Popenoe donó la residencia y la colección personal de su padre a la Universidad Francisco Marroquín y está conformada por más de 3000 volúmenes de libros y revistas de diversos temas, destacando la botánica, agricultura, horticultura, flora e historia de Guatemala y Antigua Guatemala. También forman parte de esta colección los documentos personales del señor Wilson Popenoe.

Todos los materiales que forman parte de esta colección pueden consultarse en el catálogo electrónico de la biblioteca.