Früh entschied sich der Maschinenbauingenieur gegen den Beamtenstatus und für einen Job beim damals weltweit führenden Elektrotechnikunternehmen Siemens & Halske, wo er nach erfolgreicher Vorarbeit die Projektleitung für den Bau der Hochbahn übernahm. 1912 wurde er zum alleinigen Vorstandsvorsitzenden der Hamburger Hochbahn AG bestellt. Stein galt als diszipliniert und war als harter Verhandler gefürchtet. Die Nazis versetzten ihn 1933 in den Ruhestand.

Nach Ende des Zweiten Weltkriegs übernahm Wilhelm Stein noch einmal für zwei Jahre den Vorsitz des Unternehmens. Danach saß er bis 1953 im Aufsichtsrat. Er genoss hohes internationales Ansehen, was sich in diversen Ehrenämtern widerspiegelt. Der "Vater der Hochbahn" starb im Jahre 1964 im Alter von 94 Jahren.