Wilhelm IV (ur. 22 kwietnia 1852, zm. 25 lutego 1912) – wielki książę Luksemburga z niemieckiej dynastii Nassau. Jego rodzicami byli wielki książę Adolf i Adelajda Maria Anhalt-Dessau.
Wilhelm IV sam był protestantem, tak jak dynastia z której się wywodził – Nassau-Weilburg. Poślubił Marię Annę Portugalską, bo uważał, że katolicki kraj powinien mieć katolickiego monarchę. Rzeczywiście, potomkowie Wilhelma IV, wszyscy następni wielcy książęta, byli katolikami. Po śmierci wuja Wilhelma – księcia Mikołaja-Wilhelma w 1905 jedynym innym legitymistycznym męskim potomkiem dynastii Nassau-Weilburg był kuzyn Wilhelma – Jerzy-Mikołaj, hrabia Merenberg, który jednak był dzieckiem pochodzącym z małżeństwa morganatycznego stryja Wilhelma IV, Mikołaja Wilhelma, z Natalią Puszkin, córką rosyjskiego poety. W 1907 Wilhelm ogłosił zatem hrabiów Merenberg linią niedynastyczną, która nie może odziedziczyć książęcego tronu Luksemburga. Następczynią tronu została najstarsza córka Wilhelma – Maria Adelajda (1894–1924), a w przyszłości została ona pierwszą kobietą rządzącą Luksemburgiem (abdykowała w 1919). Jej następczynią została jej młodsza siostra – Szarlotta (1896–1985).