Hy studeer vir 'n rukkie politieke wetenskap voordat hy by die Juilliard-skool inskryf om teater te studeer. Na sy studies tree hy in nagklubs op, waar hy vir die rol van Mork in 'n episode van Happy Days (1974), asook die opvolg Mork & Mindy (1978–1982) ontdek is. Daarna het hy 'n suksesvolle loopbaan as improvisasie-komediant en rolprentakteur gevolg.
Williams is drie keer vir 'n Oscar in die kategorie "Beste Akteur" benoem. In 1997 ontvang hy 'n Oscar vir die beste ondersteunende rol in Good Will Hunting. Hy het ook twee Emmy-, vier Golden Globe-, twee Screen Actors Guild- en vyf Grammy-pryse ingepalm.
Hy is op 11 Augustus 2014 by sy huis in Paradise Cay in die noorde van Kalifornië oorlede. Hy het na bewering aan ernstige depressie gely en het vermoedelik sy eie lewe geneem. Hy laat sy vrou, Susan Schneider en drie kinders agter.