Williams punya darah politisi, sebagai cicit dari Gubernur Mississippi yang kemudian menjadi Senator AS mewakili wilayah itu, Anselm J McLaurin.
Dengan darah politik itu, Williams pernah belajar ilmu politik, sebelum mengambil jurusan teater di Juilliard School.
Lulus dari sekolah teaternya itu, Williams sempat tampil di beragam klub malam. Dari penampilannya di klub malam ini dia mendapatkan peran debutnya sebagai Mork dalam serial komedi situasi televisi Happy Days pada 1974.
Serial komedi situasi ini berlanjut dengan sekuel Mork & Mindy pada 1978. Selain punya kemampuan komikal berpadu dengan kekuatan improvisasi, Williams terbukti juga bisa menjadi aktor drama yang kuat.
Film drama yang pernah dibintangi Williams antara lain adalah Good Will Hunting. Bercerita soal kejeniusan petugas kebersihan, film ini mengantarkan Williams ke panggung penerima Piala Oscar pada 1997 untuk peran pendukung terbaik. Di film ini dia berperan sebagai psikiater yang menangani tokoh utama cerita, Will Hunting.