Hijo único, nació cuando su padre, un importante ejecutivo de la Ford, tenía más de cincuenta años. Cursó estudios de Ciencias Políticas en el Claremont Meris College pero se formó artísticamente en el College of Marin y en la reconocida y prestigiosa Juilliard School.

Su primera esposa fue la bailarina italiana Valeria Velardi y su matrimonio duró nueve años. De él nació en 1985 su hijo Zachary. Tras divorciarse se casó por segunda vez con Marsha Graces con quien tuvo a sus dos hijos Cody y Zelda.

Se hizo famoso con su personaje televisivo Mork de la serie Happy Days y su primer protagonista en el cine le llegó con "Popeye" (1980).

Cuenta con tres nominaciones al Oscar como mejor actor por "Good morning, Vietnan", "El club de los poetas muertos" (película con la llega a su momento culmen) y "El rey pescador" pero ha conseguido su única estatuilla como secundario por "El indomable Will Hunting".

Es un actor con gran capacidad de registro al que le gusta combinar el cine con los espectáculos en directo. Ese lado un poco payaso de Williams le ha otorgado el favor de gran parte del público aunque también ha canalizado las iras de sus detractores que lo acusan de tender a la sobreactuación.

Aunque en sus trabajos abundan los papeles de carácter cómico este actor ha tocado con gran acierto roles dramáticos que le han valido para responder a las críticas de las que era objeto

Filmografía:Can I Do It 'Till I Need Glasses? (Can I Do It 'Till I Need Glasses?) (1977)
The Richard Pryor Show (The Richard Pryor Show) (1977)
Mork and Mindy (Mork and Mindy) (1978)
Laugh-In (Laugh-In) (1979)
Children of Babylon (Children of Babylon) (1980)
Popeye (Popeye) (1980)
El mundo según Garp (The World According to Garp) (1982)
Sufridos ciudadanos (The Survivors) (1983)
Un ruso en Nueva York (Moscow on the Hudson) (1984)
Los buenos tiempos (The Best of Times) (1986)
Club paraíso (Club paradise) (1986)
Los buenos tiempos (The Best of Times) (1986)
Seize the Day (Seize the Day) (1986)
Dear America: Letters Home from Vietnam (Dear America: Letters Home from Vietnam) (1987)
Good Morning, Vietnam (Good Morning, Vietnam) (1987)
Las aventuras del barón Munchausen (The Adventures of Baron Munchausen) (1989)
El club de los poetas muertos (Dead poet's society) (1989)Despertares (Awakenings) (1990)
Cadillac Man (Cadillac Man) (1990)
Morir todavía (Dead Again) (1991)
El rey pescador (The Fisher King) (1991)Hook (El capitán Garfio) (Hook) (1991)
Shakes the Clown (Shakes the Clown) (1991)
Aladdin (Aladdin) (1992)
Ferngully: The Last Rainforest (Ferngully: The Last Rainforest) (1992)
Toys (Fabricando ilusiones) (Toys) (1992)
La señora Doubtfire (Mrs. Doubtfire) (1993)
Un hombre perdido en el tiempo (Being human) (1994)
In Search of Dr. Seuss (In Search of Dr. Seuss) (1994)
Birds of a Feather (Birds of a Feather) (1995)
Jumanji (Jumanji) (1995)
Nueve meses (Nine months) (1995)
Jack (Jack) (1996)
Hamlet (Hamlet) (1996)
Una jaula de grillos (The birdcage) (1996)
Un lío padre (Father's day) (1997)
El indomable Will Hunting (Good Will Hunting) (1997) Flubber y el profesor chiflado (Flubber) (1997)
Patch Adams (Patch Adams) (1998)
Más allá de los sueños (What Dreams May Come) (1998)
Ilusiones de un mentiroso (Jakob The Liar) (1999)
El hombre bicentenario (Bicentennial Man) (1999)
One Hour Photo (2002) .... Seymour "Sy" Parrish Artificial Intelligence: AI (2001) (voice) .... Dr. Know
Insomnia (2002) .... Walter Finch
Death to Smoochy (2002) .... 'Rainbow' Randolph Smiley
... aka Tötet Smoochy (2003) (Germany: video title)
Remains of the Piano, The (2004) (pre-produccion) Final Cut, The (2004) (filmandose)