Williams was hoofd animatie van Who Framed Roger Rabbit?, de populaire live-action én animatiefilm uit 1988, en bedacht personages Roger en Jessica Rabbit. Hij won twee Oscars voor zijn werk in deze film. Voor de Pink Panther-films uit 1975 en 1976 tekende Williams de animaties aan het begin van beide films. Hetzelfde deed de tekenaar voor films als What's New Pussycat? (1965) en Casino Royale (1967).
Hij schreef daarnaast een handboek over zijn vak: The Animator's Survival Kit. Hoewel Williams' laatste werk - de korte film Prologue - uit 2015 stamt, was hij altijd aan het tekenen en schrijven.