1910年3月17日生于陕西洛川县土基黄连河村。
1927年秋考入延安第四中学，参加爱国学生运动。
1929年加入中国***，后任党支部组织委员。
1930年10月参加刘志丹**的组织活动、任党支部委员。
1931年9月至1932年6月被派到*****做兵运工作。
1931年9月，阎红彦、吴岱峰率中国工农红军晋西游击大队突破黄河天险进入陕甘，陕甘省委派**书记谢子长前往**并改编晋西游击队为中国工农红军陕甘游击总队（开始称西北抗日同盟军）；
1932年6月，王世泰参加陕甘游击队，任班长；
同年12月，陕甘省委书记杜衡（后叛变）来到陕甘游击总队，按照党**和陕西省委指示，陕甘游击队改编为中国工农红军第二十六军第二团，杜衡自任军政委兼团政委，并蛮横规定陕甘游击总队原排及以上的干部无选举权和被选举权，杜衡亲自从陕甘游击总队的战士和班长中指定两人参加团长选举，结果班长王世泰被选为团长。1933年11月至1935年8月任红军第二十六军四十二师第三团团长。
1934年1月当选为中华苏维埃**政府执行委员。参加开辟陕甘边及陕北革命根据地斗争。
1936年任**安塞县委军事部部长。
同年9月至1937年2月任陕北省委军事部副部长。
1937年2月入中国人民抗日军政大学学习。
全国抗日战争*发后，1937年10月至1938年4月任陕甘宁边区庆环分区保安司令部司令员。
1938年10月至1942年9月先后任陕甘宁保安司令部副司令员、陕甘宁边区保安司令部副司令员。
1942年10月至1944年12月任八路军陕甘宁晋绥联防军警备第三旅**委员兼**三边地委书记。
1943年1月在西北局高干会上，与高岗保持一致，积极参加对阎红彦和吴岱峰等人的批判，受到毛泽东的高度赞扬和重视，是因此受到表扬奖励的22名**干部之一，毛泽东亲笔为其题词：“忠实、努力、不夸、不娇”。
1944年12月至1945年8月任陕甘宁晋绥联防军关中警备区司令部司令员。
1945年4月至6月作为陕甘宁边区代表团成员出席**第七次全国代表大会。同年8月至9月任陕甘宁晋绥联防军副司令员，同年9月至1947年7月任代司令员。
1945年9月至1948年6月任****西北局常务委员。
1946年4月至1949年9月任陕甘宁边区第三届政府委员。
1947年2月至3月任陕甘宁野战集团军副司令员。3月至10月受命率小**深入敌后开展游击战争，收复关中根据地。
1947年9月至1949年2月任西北野战军第四纵队司令员、纵队党委书记。
1948年9月至1949年2月任**西北野战军前线委员会委员。率部参加关中、陇东、宜川瓦子街、黄龙山麓、西府陇东、澄（城）合（阳）、荔北和1948年西北冬季攻势等战役。
1949年2月至6月任中国人民*****野战军第四军军长、军党委书记、中国人民*****野战军前线委员会委员。指挥所部参加1949年西北春季攻势、陕中战役。
1949年6月至1950年9月任**野战军第二兵团**委员、党委副书记，及中国人民*****野战军前线委员会委员。率部参加扶（风）眉（县）、陇东追击等战役。
1949年7月至1950年1月任甘肃行政公署主任，同时任**甘肃省委常务委员至1952年12月。
1949年9月出席中国人民**协商会议**届全体会议，参加中华人民共和国开国大典。同年10月至1954年12月任****西北局委员。
1949年12月至1952年任西北军政委员会委员。
1950年1月至1952年11月任甘肃省人民政府副**、省人民政府党组书记。
1950年10月至1952年12月任甘肃省首届各界人民代表会议协商委员会副**。
1951年调任西北铁路干线工程局局长兼**委员、党委书记。提前10个月建成天（水）兰（州）铁路并通车。
1952年8月至1954年11月任铁道部副部长。
1954年11月至1958年2月任国家建设委员会副主任、党组副书记。
1958年4月至12月任国家计划委员会副主任。同年10月至1960年12月任西北协作区副主任。
1960年11月起任****西北局委员，同时任**甘肃省委书记处书记至1967年2月。
1964年3月至1965年10月兼任甘肃省委民族工作委员会书记。
1961年8月至“文化大革命”初期担任甘肃省第二、第三届政协**。“文化大革命”中受迫害。
1975年1月至1979年12月任甘肃省革命委员会副主任。
1977年12月至1979年11月任甘肃省第四届政协**。
1979年12月至1983年5月任甘肃省第五届人大**会主任、党组书记。
2008年3月14日10时57分在海口逝世。
社会评价王世泰同志是我们党久经考验的共产主义战士，自投身革命以来，为了追求真理，历经艰险，出生入死，不怕牺牲，与*****派进行了艰苦卓绝的斗争，为建立新中国立下了不朽功勋。在祖国和平建设时期，他解放思想，实事求是，善于团结党内外一切可以团结的力量，运用马克思主义的观点认识和解决问题，显示出高超的**艺术和组织才能，为社会主义建设事业作出了积极贡献。他为坚持和完善人民代表大会制度、多党合作的**协商制度，促进社会主义民主**建设进行了积极探索和努力。他坚持党的十一届三中全会以来的路线方针政策，在建设中国特色社会主义现代化的伟大事业中，坚持四项基本原则，坚持改革开放，坚持全心全意为人民服务的宗旨，模范遵守党的纪律。他作风民主，胸怀坦荡，光明磊落，艰苦奋斗，勤勤恳恳，无私奉献。他为人忠厚，刚正不阿，严于律己，宽以待人，廉洁奉公，顾全大局，始终保持和发扬党的优良传统和作风，始终保持***员和人民公仆的本色，表现了对党、对人民、对无产阶级革命事业的无限忠诚，在甘肃省和西北地区党内外干部、群众中享有崇高威望。他的一生是革命的一生，战斗的一生，他将毕生精力贡献给了中国人民的革命和建设事业，为人民的利益奋斗终生。