Juan Guillermo fue el cuarto hijo del duque Federico Guillermo I de Sajonia-Weimar y su segunda esposa, la condesa palatina Ana María de Wittelsbach, hija primogénita del duque Felipe Luis del Palatinado-Neoburgo y de Ana de Cleves.
Tras la muerte de su padre, Johann Wilhelm heredó junto con sus hermanos Johann Philipp , Friedrich y Friedrich Wilhelm el Ducado de Sajonia-Altemburgo.
En 1612, los hermanos fueron a una educación superior en la Universidad de Leipzig.
Los hermanos dejaron al mayor en contra de la seguridad de un Leibgedinges inicialmente limitado en el tiempo, en un contrato posterior en 1624, finalmente el gobierno.
En la Guerra de los Treinta Años, Johann Wilhelm sirvió como coronel en los servicios electorales sajones.