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.
