Окончил Оксфордский университет, после чего в 1907—1912 годах принимал участие в британских археологических экспедициях в Нубию и Египет, в 1912—1914 и в 1919 годах — в раскопках города Каркемиша на Евфрате. В 1921—1922 годах Вулли был руководителем раскопок бывшей столицы фараона Эхнатона Ахетатона близ Телль-эль-Амарны. Начиная с 1922 года, Вулли руководил работами британско-американской археологической экспедиции в Уре, продолжавшимися до 1934 года. В ходе этих раскопок был открыт зиккурат в Уре и ряд важнейших памятников периода I и III династий Ура, а также времён Саргона Аккадского. К их числу принадлежат ранний архив храмового хозяйства, царские гробницы I династии Ура, гробница…
Шубад, древнейшие музыкальные инструменты, несколько шумерских храмов, архив царского хозяйства периода III династии Ура и множество надписей, в частности, Урский штандарт.
Как важнейшее открытие в Уре научная общественность восприняла обнаружение в 1927—1928 годах шестнадцати царских захоронений I династии Ура с найденными в их комплексах многочисленными человеческими жертвоприношениями. Благодаря археологической деятельности Вулли в Уре были реконструированы история и повседневная жизнь в крупнейшем шумерском городе-государстве. Именно благодаря его сочинениям началось систематическое изучение шумерского общества.
В 1937—1939 и 1946—1949 гг. он раскапывал также руины Алалаха в Турции.
