Po przeprowadzce rodziny do Marin County, Williams rozpoczął karierę występując z komedią stand-up w San Francisco Bay Area w połowie lat 70-tych. Jego pierwszy występ miał miejsce w Holy City Zoo, klubie komediowym w San Francisco, gdzie przeszedł drogę od obsługi baru do wejścia na scenę.
Williams stał się sławny dzięki roli Morka w serialu telewizyjnym Mork & Mindy (1978-1982). Jego idol Jonathan Winters również występował w tym serialu. Williams odniósł sukces zarówno w komedii stand-up, jak i w aktorstwie filmowym.
Wystąpił w filmach "Świat według Garpa", "Good Morning, Vietnam", "Stowarzyszenie Umarłych Poetów", "Przebudzenie", "Fisher King", "Polowanie na dobrą wolę", "Popeye", "Hook", "Aladyn", "Pani Doubtfire", "Jumanji", "Klatka dla ptaków", "Noc w muzeum" i "Happy Feet".
Williams wystąpił w teledysku do utworu "Don't Worry, Be Happy" Bobby'ego McFerrina. W 2013 roku Williams zagrał rolę prezydenta DwightaD. Eisenhowera w filmie Lee Danielsa "The Butler".
Przed śmiercią Williams wystąpił w krótkometrażowej komedii The Crazy Ones. Została ona anulowana na krótko przed jego śmiercią.
Kiedyś Williams rozgniewał się na Disneya za wykorzystanie jego głosu jako Dżina w Aladynie do sprzedaży towarów do filmu. Disney próbował przeprosić Williamsa. Firma Disneya kupiła dla niego obraz Picassa.
Nagrody
Williams był trzykrotnie nominowany do Oscara dla najlepszego aktora. Oscara dla najlepszego aktora drugoplanowego otrzymał za rolę w filmie "Good Will Hunting". Otrzymał dwie nagrody Emmy, cztery Złote Globy, dwie nagrody Screen Actors Guild i pięć nagród Grammy.