Der Vater und der Großvater waren ebenfalls Ärzte. Sein Vater Johann Friedrich Hufeland war zunächst Leibarzt der Herzogin Friederike von Sachsen-Weißenfels. Im Jahre 1765 wurde er als Leibarzt der Herzogin Anna-Amalia nach Weimar berufen. Die Familie siedelte nach Weimar über, als Christoph Wilhelm 3 Jahre alt war.

Mit 18 Jahren begann Hufeland ein Medizinstudium in Jena, das er in Göttingen fortsetzte. Er übernahm mit 21 die Praxis seines erblindeten Vaters. In Weimar traf er mit Goethe, Schiller, Herder und Wieland zusammen und wurde deren ärztlicher Ratgeber. 1786 brach dort eine Pockenepedemie aus, gegen die Hufeland mit Erfolg eine Schutzimpfung durchführte. Er beschäftigte sich unter anderem mit den Gefahren des Scheintodes. Auf Grund seiner Veröffentlichungen wurde er zum Mitglied der "Kurfürstlich-Mainzischen Akademie nützlicher Wissenschaften zu Erfurt". Im Jahre 1801 wird er als Leibarzt König Friedrich Wilhelm`s III nach Berlin berufen. Hufeland wurde Dekan der medizinischen Fakultät und Professor der Universität Berlin. Mittellose Menschen behandelte er in der von ihm geschaffenen Poliklinik kostenlos . Anläßlich seines 50jährigen Arztjubiläums verlieh ihm die Stadt Langensalza 1833 das Ehrenbürgerrecht. Hufeland verstarb 1836 in Berlin.