Runebergin vanhemmat olivat professori, runoilija Johan Ludvig Runeberg ja Fredrika Charlotta Tengström. Hän pääsi ylioppilaaksi Porvoon lukiosta 1860 ja valmistui filosofian kandidaatiksi 1863 ja maisteriksi 1864. Runeberg suoritti lääketieteen kandidaatin tutkinnon 1866, lisensiaatin tutkinnon 1870 ja hänestä tuli lääketieteen ja kirurgian tohtori 1871.
Runeberg oli naimisissa vuodesta 1872 lähtien vaasalaisen kauppaneuvos August Aleksander Levónin tyttären Edith Alexandra Levónin (1853–1927) kanssa. Heillä oli kuusi lasta, joista Birger Runeberg (1875–1938) toimi myöhemmin Helsingin yliopiston kirurgian dosenttina ja professorina, Lars Runeberg (1881–1939) oli metsänhoitaja[2] ja Einar Runeberg (1877–1938) kaupunginlääkäri; tytär Anne-Marie (1885–1976) avioitui taidehistorioitsija Tancred Boreniuksen kanssa.
Leikola, Anto: ”Runeberg, Johan Wilhelm (1843–1918)”, Suomen kansallisbiografia, osa 8, s. 412–413. Helsinki: Suomalaisen Kirjallisuuden Seura, 2006. ISBN 951-746-449-5. Teoksen verkkoversio.