1909年10月16日，王兆相出生于陕西省神木县

1929年，考入榆林中学，一面读书，一面投身共产党领导的学生运动。在学生运动遭到镇压后，返回家乡做地下工作。　

1932年10月，加入刘志丹、谢子长领导的中国工农红军陕甘游击队，任陕甘游击队骑兵大队党支部宣传委员，红26军警卫队队长，红26军骑兵连党支部书记，参加了巩固和扩大陕甘边根据地的战斗、红26军南下终南山的战斗。

1933年，受党组织委派从陕甘边回到陕北，任中国工农红军神木特务队政治委员，陕北红军游击队第三支队队长，陕北红军狡昌师第3团团长，红27军84师第3团团长，中国抗日义勇军陕甘骑兵第1师政治委员，共中神（木）府（谷）特委军事部副部长，陕北红军独立师第4团团长，神府红军总指挥部总指挥，中国抗日人民红军独立第1师师长，陕北红军独立第2师师长。

参与领导了创建、发展神（木）府（谷）红军和神（木）府（谷）佳（县）榆（林）革命根据地的武装斗争，并指挥会红军反周国民党军队对神府佳榆革命根据地历次“围剿”，为神府红军由7个人壮大到2000余人，神府佳榆地区发展为拥有4.2万平方公里面积，14万人口的巩固根据地，做出重要贡献。

毛泽东主席在会见王兆相时曾表扬说：“神府根据地能坚持下来很不容易”。

抗日战争时期，王兆相任八路军留守兵团警备第6团团长，率部开赴晋西北，参加了开辟晋绥抗日根据地和保卫黄河河防的战斗。后奉调回延安，入抗日军政大学和马列学院学习。学习期间，当选为陕甘宁边区参议会代表、陕甘宁边区政府委员，中国共产党第七次全国代表大会代表。

1940年，被派赴山东，任八路军山东纵队第1支队副司令员，鲁中军区第二军分区司令员，清河军区第四军分区司令员，渤海军区第四军分工司令员。率部参加了反击日军“铁壁合围大扫荡”、“拉网大扫荡”、“二十一天大扫荡”等战斗。

1944年，率部参加了渤海军区对日伪军发动的夏季反攻作战。

1945年，率部参加了渤海军区对日伪军发动的夏季攻势和大反攻。第四军分区部队从日伪军手中解放鲁北地区县城3座，与兄弟队配合作战解放县城4座，歼灭日伪军近万名。

解放战争时期，王兆相任渤海军区独立旅旅长，山东第7师21旅旅长，晋察冀第2野战军独立旅旅长，东北民主联军第6纵队18师师长，辽北军区第五军分区司令员，东北野战军独立第13师师长，第四野战军49军162师师长，湖南军区衡阳军分区司令员——率部从山东开赴东北，又从东北进关南下直至湖南。

王兆相先后参加了承德保卫战、第一次解放长春战斗、三下（松花江）江南作战，四平攻坚战、辽沈战役、衡宝战役。

新中国成立后，王兆相在率部剿灭湘南土匪后调入南京军事学院学习。1952年参加了后方勤务学院（后改名为后勤学院）的组建工作，任组织指挥系副主任、 主任。

1959年，任高级工程兵学校校长。

1961年，任工程兵学院副院长。

1966年，任工程兵学院院长。

1978年，任军委工程兵顾问。

1988年，离职休养。

在后勤学院任职期间，王兆相为研究后勤教学如何适应现代化战争的需要，曾赴抗美援朝战场半年，实地考察志愿军的后勤保障工作。

在工程兵院校的领导岗位上，王兆相以高以的责任感抓院校全面建设，为工程兵兵种的现代化、正规化建设培养了大批骨干。许多学员毕业后参辑原子弹、导弹、卫星基地等重要国防工程项目的建设，还有的参加了援外工程的修建如在越南、老挝、尼泊尔、巴基斯坦修筑公路等。王兆相还奉命组织动员工程兵学院的教员和学员积极参加各地抗洪、抢险、救灾行，受到灾区人民群众的好评。

“文化大革命”中，王兆相遭到迫害，一度被关押和批斗。他在极其困难的情况下不顾个人安危坚持工作，尽可能减少“文革”动乱造成的损失。

担任军委工程兵顾问后，他积极完成工程兵党委交给的各项任务，曾参与对越自卫还击作战工程保障任务的总结工作，并经常下部队、下工地，深入教学和科研第一线调研，为新的历史时期工程兵部队的全面建设提出了许多有见地的建议。

是中国共产党第七次全国代表大会代表，是第五、第六届全国政协委员。

2009年6月3日，因病医治无效，在北京逝世，享年101岁。

1955年被授予少将军衔，获一级八一勋章、二级独立自由勋章、一级解放勋章和一级红星功勋荣誉章。