Robin Williams își dorea să devină un actor dramatic, însă, fiind înzestrat cu o deosebită capacitate de a improviza și de a-și adapta înfățișarea fiecărui rol, în cele din urmă s-a îndreptat spre stand-up comedy. Aflat la Los Angeles, a început să realizeze numere de stand-up comedy în cluburi de profil. Destul de repede, s-a făcut remarcat și în televiziune, în emisiuni precum "Richard Pryor Show" și "America 2-Night".

Însă descoperirea sa și a talentului său a venit odată cu rolul extraterestrului ''Mork'' într-un episod din serialul ''Happy Days'', difuzat în 1978. Rolul său i-a încântat pe telespectatori, producătorii creând o continuare a show-ului, intitulat "Mork & Mindy". Acest serial i-a oferit lui Robin Williams șansa de a improviza.

A debutat pe marele ecran, în 1980, în filmul ''Popeye'', în regia lui Robert Altman, fără a fi, însă, un mare succes. Recuperează ulterior, demonstrându-și talentul în filmul ''The World According to Garp'' (1982) de George Roy Hill.

Primul său mare succes cinematografic a fost rolul din ''Good morning, Vietnam'' (1987), urmat, apoi, de roluri mai complexe, bine primite atât de public, cât și de critici: ''Dead Poets Society'' (1989), ''Awakenings'' (1990), "The Fisher King" (1991), ''Hook'' (1991), ''Toys'' (1992), ''Mrs. Doubtfire'' (1993), ''Jumanji'' (1995), ''Jack'' (1996), ''Hamlet'' (1996), ''Good Will Hunting'' (1997).

Pentru rolul lui Sean Maguire, terapeutul care îl are ca pacient pe geniul matematicii interpretat de Matt Damon, în filmul lui Gus Van Sant ''Good Will Hunting'', actorul a primit, în 1997, Premiul Oscar și Premiul Screen Actors Guild.

Academia de Arte și Film l-a mai nominalizat și la categoria de cel mai bun actor pentru rolurile din ''The Fisher King'', ''Dead Poets Society'' și ''Good Morning, Vietnam''. Actorul a primit o distincție specială din partea National Board of Review pentru rolul său alături de Robert DeNiro din ''Awakenings''.

A câștigat patru premii Grammy și un premiu Emmy pentru show-ul de televiziune "Carol, Carl, Whoopi and Robin and ABC Presents a Royal Gala".

Printre filmele sale realizate în ultimii ani se remarcă pelicule precum "Death to Smoochy" (2002), "The Final Cut" (2003), "House of D" (2004), "The Big White" (2005), "Everyone's Hero" (2006), "Man of the Year" (2006), "Licence to Wed" (2007), "August Rush" (2007), "World's Greatest Dad" (2009) și animația "Happy Feet" (2006) și continuările ei.

Ultimele proiecte cinematografice ale lui Robin Williams sunt pelicula "Angriest Man in Brooklyn", lansată în 2014, alături de Mila Kunis, Melissa Leo și Peter Dinklage și cel de-al treilea film din franciza "O noapte la muzeu" (2006, 2009), respectiv lungmetrajul "Night at the Museum: Secret of the Tomb", care va avea premiera în Statele Unite pe 19 decembrie 2014.

Actorul s-a implicat în proiectul "Comic Relief", un concept de caritate implementat pentru ajutorarea persoanelor fără adăpost.

Robin Williams are trei copii: Zachary, cu prima lui soție, Valerie Velardi, și Zelda și Cody, cu cea de-a doua soție, Marsha Garces, de care a divorțat în 2008. La 23 octombrie 2011, actorul s-a căsătorit cu Susan Schneider, care este grafician.

Actorul Robin Williams a murit la 11 august 2014, din primele cercetări reieșind faptul că s-a sinucis.