Η μητέρα του, Λόρι Μακ Λόριν, ήταν πρώην μοντέλο και ο πατέρας του, Ρομπερτ Φιτζγκεραλντ, στέλεχος της εταιρίας Φορντ Μότορ. Μεγάλωσε στο Μπλούμφιλντ Χιλς του Μίτσιγκαν και στα δεκαέξι του χρόνια μετακόμισε μαζί με την οικογένεια του στην Καλιφόρνια. Φοίτησε στο κολέγιο Κλερμόντ Μενς και στη συνέχεια παρακολούθησε θεατρικές σπουδές στο κολέγιο Μαρίν. Αργότερα φοίτησε με υποτροφία στη φημισμένη δραματική σχολή Τζούλιαρντ της Νέας Υόρκης.

Έγινε γνωστός από το ρόλο του εξωγήινου Μορκ στην τηλεοπτική σειρά Μορκ & Μίντι, για τον οποίο κέρδισε Χρυσή Σφαίρα καλύτερου ηθοποιού στην κατηγορία κωμική σειρά ή μιούζικαλ. Πρωταγωνίστησε τόσο σε ταινίες με ευρεία αποδοχή από τους κριτικούς, όπως οι «Ο κατά Γκαρπ κόσμος», «Καλημέρα Βιετνάμ», «Ο Κύκλος των Χαμένων Ποιητών»,  «Ξυπνήματα», «Ο Βασιλιάς της Μοναξιάς» και «Ο Ξεχωριστός Γουίλ Χάντινγκ» όσο και σε εισπρακτικές επιτυχίες όπως ο «Ποπάυ», «Χουκ», «Αλαντίν», «Η Κυρία Ντάουτφαϊερ», «Τζουμάντζι», «Το Κλουβί με τις Τρελές», «Μια Νύχτα στο Μουσείο» και «Χάπι Φιτ».

Είχε βραβευτεί με Όσκαρ Β’ ανδρικού ρόλου το 1997 για την ταινία «Ο Ξεχωριστός Γουίλ Χάντινγκ»  ενώ είχε προταθεί τρεις φορές για βραβείο Όσκαρ Α’ ανδρικού ρόλου. Είχε επίσης βραβευθεί με δύο βραβεία Έμμυ, έξι Χρυσές Σφαίρες, δύο βραβεία Σωματείου Ηθοποιών και τέσσερα βραβεία Γκράμι.

Ήταν 63 ετών και αυτόχειρας, πέρα από «το πιο ακαταμάχητα αστείο αλλά και το πιο θλιβερό άτομο που γνώρισα ποτέ», όπως είχε δηλώσει ο ηθοποιός και καλός του φίλος Σαμ Νιλ στα απομνημονεύματα του.

Η νεκροψία, στη συνέχεια, αποκάλυψε ότι έπασχε από άνοια με σωμάτια Lewy.

Τα «σωμάτια Lewy» αναφέρονται σε ανώμαλες μάζες πρωτεϊνών που συγκεντρώνονται στα εγκεφαλικά κύτταρα του ασθενούς και ουσιαστικά διηθούν τον εγκέφαλο. Πιστεύεται ότι αυτές οι μάζες ευθύνονται για το 15% όλων των περιπτώσεων άνοιας.

Η ασθένεια επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τον ύπνο, τη συμπεριφορά, την κίνηση, τη νόηση και τον έλεγχο του ίδιου του σώματος. Και σίγουρα είχε επιβαρύνει τον Ουίλιαμς.

Παρόλα αυτά, οι γιατροί λένε ότι έδωσε μια εντυπωσιακή μάχη παρά τις δυσκολίες. «Οι άνθρωποι που έχουν σπουδαίο εγκέφαλο, που είναι απίστευτα λαμπροί, μπορούν να αντέξουν την εκφυλιστική ασθένεια καλύτερα από κάποιον που είναι μέσος όρος» δήλωσε ο Dr. Bruce Miller, που γνωρίζει την περίπτωση του ηθοποιού. «Ο Ρόμπιν Γουίλιαμς ήταν μια ιδιοφυΐα».

Η τελευταία του συνέντευξη