米国オハイオ州コショクトン出身、父親はディスクジョッキー。 1960年代、一家はオハイオからロサンゼルスに移住。 その間、ウィリアムズは3人の姉妹、マーガレット、マルテ、マレーナとともにテレビ番組「ジャック＆ジル」に「ウィリアムズ姉妹」として出演。 その後、オハイオに戻ったが、ソロ活動を開始するために再びロサンゼルスに戻ることにした。 元Fifth DimensionのメンバーであるRon Townsonは、Williamsを彼のバンドWild Honeyに入れた。 その後、ウィリアムスはバックアップ・シンガーとして、チャカ・カーン、グラディス・ナイト、スティング、ステファニー・ミルズ、アニタ・ベイカー、ゴードン・ライトフットといったアーティストと仕事をするようになった。 ジョー・サンプルの「ザ・サバイバー」のオリジナル・バージョンで歌ったウィリアムズは、彼のグループ、クリケで活動しているときにプロデューサーのデヴィッド・クロフォードに出会いました。 セッションワークの後、A&Mレコードとレコーディング契約を結び、1986年にデビューアルバム『Vesta』をリリースした。 このアルバムは彼女にとって初のR&Bトップ10ヒット「Once Bitten, Twice Shy」を擁し、これは彼女にとって唯一のUKヒットとなり、US R&Bチャートでは控えめなパフォーマンスだった。
1988年にリリースした『Vesta 4 U』はR&Bトップ10ヒット「Sweet Sweet Love」「4 U」「Congratulations」を生み出し、後者はホット100チャートで55位、R&Bチャートで5位の高ポイントを獲得した。 “Congratulations “はヴェスタのシングルで唯一Hot100チャートにランクインした。 また、このアルバムは彼女にとって最も成功したアルバムであり、全米ビルボード200に登場した唯一のアルバムで、131位を記録した。 この曲は、ブルース・ウィリスとの長年の関係を解消したことに触発され、デミ・ムーアが直接その関係を終わらせたという根強い噂があった。 1991年、ウィリアムズは『Special』というタイトルの3枚目のアルバムをリリースし、タイトル曲はシングルとして発売された。 次のアルバム、1993年の『Everything-N-More』では、「Always」というマイナーなR&Bヒットを出すにとどまった。 ウィリアムズの1998年のアルバム『リレーションシップス』はポリグラム名義でリリースされ、R&Bチャートに登場するなど、そこそこの売れ行きとなった。 Relationshipsのリリース後、A&M/Polygramは彼女との契約を更新しなかった。 ウィリアムスはセッション・シンガーとして活動を続け、フィル・ペリー、ハワード・ヒューエット、ジョージ・デュークらのアルバムに参加した。 彼女の声は、マクドナルド、ナイキ、バスキン・ロビンス、ダイエット・コーク、レブロン、エクソンといった広告主のジングルでラジオのリスナーに聴かれるようになった。 同年、ABCのミニシリーズ「The Women of Brewster Place」のオープニングテーマを演奏。
Williams は、マリオ・ヴァン・ピーブルズ監督の 1993 年の映画「Posse」で、酒場の歌手を演じた。 この頃、スムースジャズミュージシャンのノーマン・ブラウンと共に録音したSWVの曲、「Rain」がヒットした。 ウィリアムズは1998-99年のシーズン、テレビシリーズ「Sister, Sister」でジャッキー・ハリーの親友「モニカ」役でレギュラー出演していた。 2000年にはポリグラムから、ウィリアムズと元A&Mのセセ・ペニストンの曲を収録したコンピレーションアルバムが発売されました。 2007年、ウィリアムスはR&Bの曲を集めたアルバム『Distant Lover』をShanachie Recordsからリリースしました。 クリス・”ビッグ・ドッグ”・デイビスのプロデュースにより、ビル・ウィザース、スティービー・ワンダー、スモーキー・ロビンソン、マーヴィン・ゲイ、セイド、そしてデニース・ウィリアムスのオリジナル曲を集めたカバーアルバム「ディスタント・ラヴァー（Distant Lover）」となった。 近年、ウィリアムズは体重を100ポンド減らし、サイズも26から6になりました。
彼女の最後のパフォーマンスは、2011年9月17日、バージニア州ポーツマスのAutumn Jazz Explosionで、死の5日前に行われた。
彼女は2011年10月22日にロサンゼルスで行われた第21回 “DIVAS Simply Singing! シャニスは、ウィリアムズへのトリビュートとして、ショーの中で「Congratulations」を披露した。 また、歌手の故ティーナ・マリーへのトリビュートも行われた。 ウィリアムズはその時、TV OneのUnsungのエピソードを収録中だった。 その模様は2012年1月2日に放映された
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