[1] Nació en el pueblo de Fingal en Ontario, aunque en 1850 su familia se mudó a la ciudad estadounidense de Ann Arbor, donde ingresó a los quince años en la Universidad para estudiar literatura clásica.
Con posterioridad estudió astronomía con el profesor Franz Brünnow, primer director del Observatorio Detroit y al que sucedió en el cargo en 1863 desempeñándolo hasta 1879.
En aquella época, en 1868, escribió el libro de texto Astronomía teórica.
Uno de sus descubrimientos, el (139) Juewa lo realizó desde Pekín hasta donde se trasladó en 1874 para observar el tránsito de Venus; el nombre del asteroide fue elegido por los chinos (瑞華, en pinyin moderno, ruìhuá) Creía fervientemente en la existencia del planeta Vulcano, un hipotético planeta más próximo al Sol que el planeta Mercurio que hoy día se sabe que no existe —si bien aún persiste la posibilidad de que existan pequeños planetoides vulcanoides— y pensaba vislumbrar aquel objeto durante el eclipse solar de 1878 en Wyoming.
El asteroide (729) Watsonia fue nombrado en su honor, así como un cráter de la Luna.