Гийом де Гримоар, бенедиктинский монах из Ширака, получил образование в университетах Тулузы, Монпелье, Парижа и Авиньона, получив в 1342 г. степень доктора богословия и церковного права.
Он был одним из виднейших каноников своего времени и занимался преподавательской деятельностью, пока не стал генерал-священником Клермона и Юзеса. Гийом де Гримоар успешно выполнял дипломатические миссии в Италии для Климента VI. Во время одной из таких поездок он узнал о смерти Климента и о своем избрании папой. Кардиналы настолько ревностно относились друг к другу, что предпочли выбрать папой человека, не входившего в Священную Коллегию. Срочно вернувшись в Авиньон, Гийом был посвящен в папы 6 ноября 1362 г., взяв имя Урбан V.
20 ноября в Авиньон прибыл король Иоанн II, чтобы просить руки Иоанны Неаполитанской для своего сына Филиппа. Однако Урбан, опасаясь за судьбу своих владений, которые в этом случае оказывались со всех сторон окружены французскими землями, к тому времени одобрил проект брака Иоанны с Хайме IV Мальоркским, королем без королевства. Тем временем Иоанн II изыскивал средства для выплаты выкупа Эдуарду III за свое освобождение и для этого потребовал от церкви отдать десятую часть своих доходов. Однако Урбан отказался выполнять распоряжение короля, равно как отказался принимать в Священну Коллегию четырех новых кардиналов-французов. Ситуацию усугубил хаос, царивший во Франции во время Столетней войны. Авиньон несколько раз подвергался нападению банд разбойников, спокойно разгуливавших по стране. Словом, все подталкивало папу к возвращению в Рим. 14 сентября 1366 г. Урбан объявил императору о своем решении вернуться. Однако многих французских кардиналов эта перспектива не радовала. Они даже угрожали покинуть курию в случае переезда в Рим. Тем не менее, 30 апреля понтифик покинул Авиньон, а 4 июня получил от римлян ключи от замка Сант-Анджело.
Хаос, царивший в Риме, не позволил Урбану сразу вступить в Город, и он обосновался в Витербо. Лишь собрав значительную армию, в которую вошли граф Савойи, маркиз Феррары и другие итальянские князья, 16 октября папа вступил в Рим. Урбан с энтузиазмом принялся за восстановление столицы. Были отремонтированы и заново украшены многие соборы и папские дворцы. Утварь из папской сокровищницы, хранившейся все это время в Ассизи, была роздана церквям. Появились новые рабочие места, в частности, на восстановлении запустевших садов Ватикана. Зерно из папских горреев было распределено между голодающими. Была восстановлена пошатнувшаяся дисциплина среди духовенства.
17 октября 1368 г. Урбан встретился в Витербо с императором. 21 октября они вместе вошли в Рим, причем Карл кротко вел осла, на котором верхом ехал папа. 1 ноября Урбан короновал императрицей супругу Анну, а Карл прислуживал дьяконом во время церемонии. Таких дружелюбных отношений между Святым Престолом и императором не было очень давно.
Год спустя в Рим прибыл византийский император Иоанн V Палеолог, ища помощи Святого Престола в борьбе против турок. Иоанн даже принял римско-католическую веру, но акт этот не был признан православной церковью. Поездка Палеолога не принесла Византии ни политических, ни религиозных выгод.
Тем временем положение Урбана в Италии пошатнулось. Большой потерей стала смерть кардинала Альборноса, обеспечившего возможность возвращения папы в Рим. Итальянцы в целом негативно относились к папе-французу. К тому же глубоко в душе Урбана тянуло на родину. После возобновления боевых действий между Францией и Италией папа понял, что его присутствие во Франции вновь необходимо и, несмотря на увещевания святой Бригитты, скрепя сердце, 5 сентября 1370 г. сел в Корнето на корабль и отплыл в Авиньон. Карл V радостно встретил понтифика, однако насладиться жизнью на родине Урбан не успел и вскоре после возвращения скончался.
Урбан прославился также как покровитель науки. Своими буллами он одобрил открытие университетов в Кракове в 1364 г. и в Вене в 1365 г., убедил императора открыть университет в Оранже, оказывал поддержку университетам Авиньона, Монпелье и Тулузы. Урбан финансировал деятельность колледжа, основанного в Болонье кардиналом Альборносом, и оплачивал бедным студентам обучение в нем.
В 1375 г. Григорий XI пообещал Вальдемару IV Датскому канонизировать Урбана, но из-за беспорядков в Риме осуществить это не удалось. Лишь в 1870 г. Пий IX признал Урбана V блаженным.