2011 stand sie für das Biopic-Drama "My Week with Marilyn" als Hollywood-Ikone Marilyn Monroe vor der Kamera. Für ihre Darstellung erhielt sie 2012 einen Golden Globe Award und eine Oscar-Nominierung. Am 7. März 2013 kamen in Deutschland gleich zwei neue Filme mit Williams in die Kinos, der Fantasyfilm "Die fantastische Welt von Oz" und die bereits 2011 fertiggestellte Tragikomödie "Take This Waltz". Für die Single "A Million Dreams" erhielt sie neben der Doppelplatin-Schallplatte in Großbritannien auch eine Platin-Auszeichnung in den USA.