Han har gjort 155 framträdanden för Lions sedan undertecknandet av MK Dons för en oanmäld avgift i januari 2014.
30-åringen spelade 56 matcher i alla tävlingar förra säsongen.
"Att ha sådan framgång förra säsongen gjorde det till ett enkelt beslut för mig att underteckna ett annat kontrakt," Williams berättade klubbens webbplats.
Millwall midfielder Shaun Williams har tecknat ett 12-månaders kontraktsförlängning med den nyligen främjade Championship klubben, med en möjlighet för ett extra år.