Né dans un faubourg de Chicago, Robin Williams commence à s'intéresser au théâtre durant ses études secondaires. Après avoir étudié aux universités de Claremont et de Marin County, il entre, avec une bourse à la clé, à la Juilliard School de New York où il travaille pendant trois ans sous la tutelle de certains des meilleurs professeurs d'art dramatique américains, parmi lesquels John Houseman. Williams commence alors à se faire remarquer dans les cabarets de San Francisco, comme le Holy City Zoo et le Boardinghouse, puis se fixe en 1976 à Los Angeles, où il remporte ses premiers succès au Comedy Store et à l'Improvisation, deux autres fameux cabarets. La série "Laugh In" le consacre au début de 1977. Il participe alors en guest-star à "Happy Days", où il crée le personnage de Mork, un extraterrestre s'exprimant par borborygmes nonsensiques... Adopté par le public enfantin, il devient, en 1978, le héros de la série "Mork and Mindy".

En 1980, Robin Williams débute à l'écran dans le rôle-titre de Popeye, sous la direction de Robert Altman.

Le 11 août 2014, à l'âge de 63 ans, il est retrouvé sans vie dans son appartement à Tiburon (Californie), au nord de la baie de San Francisco. La police évoque un suicide par asphyxie. Son attachée de presse déclare que l'acteur souffrait « ces derniers temps d'une sévère

dépression».