Sein Filmdebüt gab Williams 1975 mit dem Thriller Tödlich Heyro. Sein großer Durchbruch gelang ihm einige Jahre später, als er 1979 eine der Hauptrollen in der Verfilmung des Musicals bekam Haar. Diese Rolle brachte ihm eine Nominierung für den Golden Globe ein.
Später würde Williams diese Nominierung noch zweimal erhalten, z Prinz der Stadt und die Achtzigerjahre-Adaption von Endstation Sehnsucht. Für den Fernsehfilm Der LateShift bekam eine Emmy-Nominierung.
Williams trat auch in Nebenrollen in bekannten Filmen auf, wie z Es war einmal in Amerika (1984) und Dinge, die man in Denver tun kann, wenn man tot ist (1995).
Williams hatte größere Rollen im Horrorfilm Tief steigend, zusammen mit Famke Janssen. Im Familiendrama Das tiefe Ende des Ozeans Er spielte neben Michelle Pfeiffer. Er hatte auch die Hauptrolle in der Fernsehserie Everwood.
„Er war ein Schauspieler-Schauspieler“, sagt der Manager Menschen. „Filmemacher liebten ihn. Seit Ende der 70er Jahre ist er das Herz Hollywoods.“