Williams er primært en baseline spiller. Hennes spill er bygget rundt å ta umiddelbar kontroll over ballvekslingen med en kraftig og konsekvent serve (regnet å være best i kvinnenes spill), retur av serve, og kraftfulle slag fra både hennes forehand og backhand. Hennes serve er teknisk veldig god og har blitt målt så hardt som 129 mph (206,5 km/t), den nest raskeste (etter hennes søster Venus) all-time blant kvinnelige spillere.