Nascido em Coshocton, Ohio, Estados Unidos, o pai de Williams era um jockey de disco. Sua família mudou-se de Ohio para Los Angeles nos anos 60. Enquanto lá, Williams e suas três irmãs, Margaret, Marte e Marlena, apareceram no programa de televisão Jack e Jill como “The Williams Sisters”. Mais tarde, ela voltou para Ohio, mas decidiu voltar para Los Angeles a fim de lançar uma carreira solo. O ex-membro da Quinta Dimensão Ron Townson colocou Williams em sua banda Wild Honey. Após esse período, Williams encontrou trabalho como cantor de apoio, trabalhando com artistas como Chaka Khan, Gladys Knight, Sting, Stephanie Mills, Anita Baker e Gordon Lightfoot. Williams cantou na versão original de Joe Sample “The Survivor”, e conheceu o produtor David Crawford enquanto trabalhava com seu grupo Klique. Depois de fazer o trabalho da sessão, ela conseguiu um contrato de gravação com A&M Records e seu álbum de estréia, Vesta, foi lançado em 1986. O álbum apresentou o seu primeiro Top 10 R&B hit “Once Bitten, Twice Shy”, que se tornou o seu único sucesso no Reino Unido e actuou modestamente nas tabelas US R&B.
Her 1988 release, Vesta 4 U, produziu os Top 10 R&B hits “Sweet Sweet Sweet Sweet Love”, “4 U”, e “Congratulations”, com este último a atingir o máximo de #55 na tabela Hot 100 e #5 na tabela R&B. “Parabéns” foi o único single da Vesta a entrar na tabela dos Hot 100. O álbum foi também o seu mais bem sucedido, e seu único álbum a aparecer no US Billboard 200, atingindo o pico no No. 131. Havia rumores persistentes de que a música foi inspirada pela dissolução de seu relacionamento de longa data com Bruce Willis e que Demi Moore foi diretamente responsável por terminá-la. Em 1991, Williams lançou seu terceiro álbum, intitulado Special, com a faixa título como single. “Special” tornou-se a sua música mais elevada na tabela R&B em #2, mas as vendas do álbum foram inferiores às da Vesta 4 U. O seu próximo álbum, Everything-N-More de 1993, produziu apenas um pequeno sucesso R&B, “Always”.
Em 1989, a Polygram Records comprou A&M Records. O álbum de 1998 de Williams Relationships foi lançado sob o nome Polygram, e tornou-se um modesto vendedor, aparecendo nas tabelas de R&B. Após o lançamento de Relationships, A&M/Polygram não renovou o seu contrato. Williams continuou a trabalhar como cantora de sessão, aterrissando em álbuns de artistas como Phil Perry, Howard Hewett, e George Duke. Sua voz podia ser ouvida por ouvintes de rádio em jingles para anunciantes que incluíam McDonald’s, Nike, Baskin-Robbins, Diet Coke, Revlon e Exxon. Nesse mesmo ano, ela interpretou o tema de abertura da minissérie ABC, The Women of Brewster Place.
Williams retratou uma cantora de saloon no filme Posse, de 1993, dirigido por Mario Van Peebles. Durante este período ela teve um sucesso com a música SWV, “Rain”, gravada ao lado do músico de jazz suave Norman Brown. Williams teve um papel recorrente como “Monica”, a melhor amiga de Jackée Harry, na série de televisão Sister, Sister na temporada 1998-99. A sua voz de cantora é apresentada na canção temática de Malcolm e Eddie.
Em 2000, Polygram lançou um álbum de compilação, com canções de Williams e do antigo artista A&M CeCe Peniston. Em 2007, Williams lançou um álbum de canções R&B na Shanachie Records intitulado Distant Lover. Produzido por Chris “Big Dog” Davis, Distant Lover foi um álbum cover com canções originalmente gravadas por Bill Withers, Stevie Wonder, Smokey Robinson, Marvin Gaye, Sade e Deniece Williams. A sua última gravação foi a canção “Dedicated”, lançada em 7 de Dezembro de 2010 na Stimuli Music.
Por volta de 2002, Williams tinha-se tornado uma personalidade de rádio, e era co-apresentador de um programa matinal na KRNB em Dallas/Fort Worth. Nos últimos anos, Williams tinha perdido 100 libras, passando do tamanho 26 para o tamanho 6. Foi nesta altura que Williams se tornou um defensor da prevenção da obesidade infantil e diabetes juvenil.
A sua actuação final ocorreu a 17 de Setembro de 2011 em Portsmouth, Virginia no Autumn Jazz Explosion, apenas cinco dias antes da sua morte.
Apresentar-se no 21º espectáculo anual “DIVAS Simply Singing!” em Los Angeles, a 22 de Outubro de 2011. Shanice interpretou “Parabéns” durante o show como uma homenagem a Williams. Houve também uma homenagem à falecida cantora Teena Marie. Williams estava gravando um episódio de “TV One’s Unsung” no momento de sua morte. Foi ao ar em 2 de janeiro de 2012.