Do 23 roku życia William pracował w zakładzie ojca, m.in. nabierając w warsztacie mechanicznym umiejętności praktycznych oraz projektując nowe urządzenia i budowle.
Współpraca z Wattem i Boultonem thumb|left|Marble Bust of Murdock by E. G. Papworth
W roku 1777 William Murdoch przeniósł się do Birmingham, szukając możliwości pracy w Soho Manufactory, wytwórni silników parowych angielskiego przemysłowca, Matthew Boultona, realizującego w dużej skali projekty Watta. Spotkał się z uznaniem Watta i Boultona (którzy utworzyli wkrótce spółkę Boulton & Watt). Wspólnicy szybko dostrzegli naturalny talent Murdocha do mechaniki. Powierzyli mu zadanie uruchamiania ich silników w kopalniach Kornwalii.
Silniki produkowane w Soho Manufactory budziły wówczas wielkie zainteresowanie. W roku 1776 Boulton mówił:
Zakład odwiedzało w tym czasie wiele znakomitych osobistości, m.in. książę Józef Poniatowski (bratanek króla Polski Stanisława Augusta, wicekról Irlandii, ambasadorowie Francji, Danii, Holandii… Murdoch szybko stał się najbliższym współpracownikiem właścicieli firmy, wobec których był lojalny (nie przyjmował ofert pracy od właścicieli innych firm, które otrzymywał jako wybitny fachowiec).