Мишель Уильямс появилась на свет в 1980 году 9 сентября в Калиспелле, (американский штат Монтана). Мама – простая домохозяйка, папа – Ларри Уильямс, известный трейдер. Когда девочке было девять лет, вся семье уехала жить в город Сан-Диего. Там она открыла в себе интерес к актёрскому искусству. В пятнадцатилетнем возрасте Мишель оставила школу, решив полнсотью сосредоточить свое внимание на карьере актрисы. Начала она с роли в телевизионном сериале «Лето наших надежд». Перед этим у нее уже был небольшой опыт съемок в телефильмах «Лэсси» и «Особь».

Изначально девушка по большей части снималась в молодёжных комедиях, но через некоторое время ее стали приглашать и в независимое кино: «Станционный смотритель», «Земля изобилия». А роль в картине «Венди и Люси» принесла Мишель номинацию на премию «Независимый дух». А в фильме «Горбатая гора» - на «Оскар» и «Золотой глобус».Во время работы в картине «Горбатая гора» Мишель начала тесно общаться с Хитом Леджером. В 2005 году у актрисы родилась от него дочка Матильда. Но, несмотря на это, уже через два года пара распалась, это привело к длительной депрессии Леджера. В начале 2008 года Леджер умер по причине передозировки медикаментами. Уильямс в этот момент временно остановила свою работу из-за траура.

Два года назад на больших экранах появилась картина «Остров проклятых», где Мишель сыграла роль умершей супруги героя Леонардо Ди Каприо. Через год ее номинировали на «Оскар» как лучшую актрису за игру в картине «Голубой Валентин».Исполнив роль Мэрилин Монро в трагической комедии «7 дней и ночей с Мэрилин», Уильямс получила первую статуэтку «Золотого глобуса» и была номинирована на премию BAFTA и «Оскар».За последние несколько лет девушка снялась в таких картинах: «Провокатор», «Список контактов», «Венди и Люси», «Нью-Йорк, Нью-Йорк», «Мамонт», «Голубой Валентин», «Обход Мика», «Примите этот вальс», «Оз: Великий и могучий».