王茂元幼时随父
王栖曜征战，以勇猛有谋知名。他颇为好学，于
唐德宗时上书自荐，被擢升为试任
校书郎，改任太子
赞善大夫。
吕元膺任东都留守时，署任王茂元防御
判官。当时平卢军留在洛阳的邸卒密谋叛乱，吕元膺领防御兵将其包围，但无人敢先进。王茂元先斩一位士兵示众，众人才发动进攻，驱逐叛军。
唐宪宗元和（806年－820年）年间，累官为右
神策军将军。
太和（827年－835年）年间，王茂元出任检校
工部尚书、广州刺史、
岭南节度使。在任上，王茂元招抚少数民族，颇有政治才干。但南方海运便利，多有奇珍异货，王茂元借机敛得巨额财富（
钜万计）。
开成三年（838年）春，王茂元时任泾原节度聘请
李商隐去泾州（治今甘肃省泾川县）作了他的的幕僚。王茂元对李商隐的才华非常欣赏，并将女儿
王晏媄嫁给了他。
王茂元凭借着自己在岭南积累的大量财富，结交了京师的权贵。大臣
郑注得宠时，调王茂元为泾原节度使。
太和九年（835年），“
甘露之变”发生，郑注及宰相
李训、王涯等都被宦官杀死。宦官觊觎王茂元的家财，借机指摘称王茂元是靠着王涯、郑注而得到升迁的。王茂元闻讯后畏惧，散尽家财来贿赂神策左、右两军，这才得以免祸，并获封濮阳郡侯，入
将作监任职。其后被授为
忠武军节度使、陈许观察等使。
会昌（841年－846年）年间，王茂元转任
河阳军节度使。在河朔诸镇奉命讨伐不听朝命的
昭义军节度使刘稹时，王茂元也派河阳军进驻
天井关。宰相
李德裕认为河阳军兵力不足，于是命忠武军节度使王宰领忠武、昭义两军合援河阳军，将河阴所贮藏的器械及内库的铠甲、弓矢、陌刀等全部颁赐河阳等三镇联军。但此时王茂元已经病重，李德裕便让王宰兼任河阳行营攻讨使，掌领河阳军。不久后，王茂元病逝，
唐武宗追赠他为
司徒，
谥号“威”。