Laureat Oscara i Nagrody Gildii Aktorów za rolę w „Buntowniku z wyboru”, wcześniej nominowany przez Akademię za „Fisher Kinga”, „Stowarzyszenie umarłych poetów” i „Good Morning Vietnam” oraz nagrodzony przez Narodowe Stowarzyszenie Krytyków za „Przebudzenie”. Wielką popularność przyniósł mu serial „Mork & Mindy”, a kinowy debiut zawdzięcza Robertowi Altmanowi, który obsadził go w tytułowej roli w „Popeye’u”.
Inne cenione role u progu ekranowej kariery Williamsa to „Moskwa nad rzeką Hudson” Paula Mazursky’ego i „Świat według Garpa” George’a Roya Hilla. Największe sukcesy kasowe odniósł filmami „Pani Doubtfire”, „Klatka dla ptaków”, „Jumanji”, „Hook”, „Patch Adams” i „Flubber”. W ostatnich latach chętnie odchodzi od repertuaru komediowego, występując w mrocznych thrillerach młodych reżyserów, takich jak Christopher Nolan („Bezsenność”) i Mark Romanek („Zdjęcie w godzinę”).
Wielokrotnie użyczał swojego głosu produkcjom animowanym „Alladyn”, „Happy Feet, Tupot małych stóp” i „Roboty”. Wysokie noty u krytyki zebrały jego występy w inscenizacjach „Czekając na Godota” w reżyserii Mike’a Nicholsa i „The Exonerated”. W 2002 roku po długiej przerwie powrócił do występów estradowych. Jego tournee objęło 36 miast, pobiło rekordy kasowe i zakończyło się występem, którego transmisja w HBO była nominowana do 5 nagród Emmy.
Williams wspiera szereg akcji społecznych, działając na rzecz opieki zdrowotnej, praw człowieka, szkolnictwa, ochrony środowiska i promocji sztuki. Występował dla żołnierzy amerykańskich stacjonujących na Bliskim Wschodzie, a w ramach akcji Comic Relief u boku Billy’ego Crystala i Whoopi Goldberg zbierał pieniądze dla ofiar huraganu Katrina.