Philadelphia 76ers (2005-2012)
pettymysten harjoitusesitysten jälkeen Williams putosi varaustilaisuuden toiselle kierrokselle ja Philadelphia 76ers varasi hänet lopulta 45. Williams pelasi tulokkaana niukasti, keskimäärin 1,9 pistettä ja .3 syöttöä 30 ottelussa.
seuraavalla kaudella Williams lähetettiin pelaamaan NBA: n Kehitysliigan Fort Worth Flyersiin 28.marraskuuta 2006. D-liigassa hyvän näytöksen ja 76ersin aloittavan laitapuolustajan Allen Iversonin ympärillä liikkuneiden kauppahuhujen jälkeen Williams kutsuttiin takaisin 76ersin rosteriin 5.joulukuuta.
kaudella 2007-08 Williamsin keskiarvot olivat 11,3 ppg, 3,2 apg ja 2,0 rpg. Kauden päätteeksi Williamsista tuli rajoitettu vapaa agentti ja hän allekirjoitti viiden vuoden ja 25 miljoonan dollarin arvoisen sopimuksen Philadelphian kanssa.
vuoden 2011 Itäisen Konferenssin pudotuspelien ensimmäisen kierroksen neljännessä ottelussa Williams iski kolmen pisteen heiton 76ersin voittoon Miami Heatia vastaan 86-82. Sixers kuitenkin hävisi sarjan viidessä ottelussa.
kaudella 2011-2012 Williams johti 76ersia pistepörssissä 14,9 pisteellä ottelua kohden, vaikka ei aloittanut yhtäkään ottelua. Hänet palkittiin NBA: n kuudennella vuoden mies-palkinnolla.
Atlanta Hawks (2012-2014)
12.heinäkuuta 2012 Williams teki sopimuksen Atlanta Hawksin kanssa. Tammikuuta 2013 Brooklyn Netsiä vastaan Williams laskeutui kiusallisesti oikealle polvelleen ja joutui poistumaan pelistä pyörätuolilla. Myöhemmin paljastui, että hän repi ETURISTISITEENSÄ ja jättäisi loppukauden väliin.
Williams jätti kauden 2013-14 ensimmäiset pelit väliin toipuessaan polvivammastaan. Hän teki debyyttinsä 20. marraskuuta 2013 tehden 6 pistettä vaihtopenkiltä. Joulukuuta 2013 Williams teki kauden ennätyksensä 27 pistettä. Hän viimeisteli kauden aikana 10,4 pisteen, 3,5 syötön ja 2,1 levypallon keskiarvoilla.
Toronto Raptors (2014-2015)
30.kesäkuuta 2014 Williams kaupattiin yhdessä Lucas Nogueiran varausoikeuksien kanssa Toronto Raptorsiin vaihdossa John Salmonsiin ja vuoden 2015 toisen kierroksen varausvuoroon. 22. marraskuuta 2014 hän teki uransa ennätyspisteet 36 pistettä Raptorsin 110-93-voitossa Cleveland Cavaliersista. 20. huhtikuuta 2015 Williams valittiin NBA: n vuoden 2015 kuudenneksi pelaajaksi, ja hänestä tuli ensimmäinen Toronto Raptorsin pelaaja, joka on voittanut palkinnon.
Los Angeles Lakers (2015-2017)
9.heinäkuuta 2015 Williams teki kolmivuotisen ja 21 miljoonan dollarin arvoisen sopimuksen Los Angeles Lakersin kanssa. Hän debytoi Lakers kauden avausottelussa Minnesota Timberwolvesia vastaan 28.lokakuuta 2015, jolloin hän teki 21 pistettä vaihtopenkiltä 112-111-tappiossa. Tammikuuta 2016 hän teki silloisen kauden ennätykselliset 30 pistettä 97-77-voitossa Phoenix Sunsista. Viisi päivää myöhemmin, hän teki 23 hänen silloisen uransa-korkea 44 pistettä neljännellä neljänneksellä Lakers 117-113 tappio Oklahoma City Thunder.
3.joulukuuta 2016 Williams teki kauden mittaisen 40 pistettä vaihtopenkiltä 103-100-tappiossa Memphis Grizzliesille. Williamsin 40 pistettä olivat kaikkien aikojen eniten vastustajan reservijoukkueesta Memphisiä vastaan, ja hänestä tuli ensimmäinen pelaaja, joka on tehnyt 40 pistettä vaihtopenkiltä sitten Jordan Crawfordin huhtikuussa 2014. Kaksi päivää myöhemmin, hän oli 38 pistettä, kuusi levypalloa ja seitsemän syöttöä 107-101 tappion Utah Jazz, koota ensimmäinen back-to-back 30 pisteen pelejä hänen 12-vuotisen NBA uran. Hänestä tuli myös ensimmäinen Lakers-pelaaja, joka on tehnyt vähintään 38 pistettä perättäisissä otteluissa sitten Kobe Bryantin maaliskuussa 2013. Yli neljä peliä välillä joulukuun 3 ja 9, Williams teki 137 pistettä—suurin neljän pelin pisteytys suorituskykyä reservin koska NBA alkoi seurata alkaa vuonna 1970.
Houston Rockets (2017)
23.helmikuuta 2017 Williams kaupattiin Houston Rocketsiin vaihdossa Corey Breweriin ja vuoden 2017 ensimmäisen kierroksen varausvuoroon. Hän debytoi Rockets tuona iltana, pisteytys 27 pistettä seitsemän kolmen pisteen pois penkiltä 129-99 voittaa New Orleans Pelicans. Maaliskuuta 2017 hän teki 30 pistettä 139-100-voitossa Lakersista.
Los Angeles Clippers (2017-2021)
28.kesäkuuta 2017 Los Angeles Clippers hankki Williamsin, Patrick Beverleyn, Sam Dekkerin, Montrezl Harrellin, Darrun Hilliardin, DeAndre Ligginsin, Kyle Wiltjerin ja vuoden 2018 ensimmäisen kierroksen varausvuoron Houston Rocketsista vaihdossa Chris Pauliin. Marraskuuta 2017 Williams teki kauden ennätykselliset 42 pistettä 120-115-voitossa Los Angeles Lakersista. Joulukuuta 2017 hän iski kolmen pisteen heiton, kun ottelua oli jäljellä 1,2 sekuntia ja nosti Clippersin 113-112-voittoon Washington Wizardsista. Hän viimeisteli 35 pistettä johtaa hallitseva penkki vaivaa Clippers. Joulukuuta 2017 hän teki 40 pistettä vaihtopenkiltä 106-98-voitossa Charlotte Hornetsista. Williams nimettiin myöhemmin läntisen konferenssin viikon pelaajaksi maanantaista 25. joulukuuta sunnuntaihin 31.joulukuuta. Tammikuuta 2018, hän teki 27 uransa korkea 50 pistettä kolmannella neljänneksellä Clippers 125-106 voitto Golden State Warriors. Hän ampui 16: sta 27: ään uran parhaat kahdeksan kolmen pisteen heittoa ja teki kaikki 10 vapaaheittoaan. Se oli korkein pisteytys vaivaa tahansa Clipper yhden pelin jälkeen Charles Smith sidottu franchising ennätys 52 pistettä joulukuussa 1990. Williams nimettiin myöhemmin läntisen konferenssin viikon pelaajaksi maanantaista 8. tammikuuta sunnuntaihin 14.Tammikuuta. Tammikuuta 2018, hän kirjautti 31 pistettä, franchising-ennätys 10 varastaa, ja seitsemän syöttöä 125-113 tappio Utah Jazz. Hänestä tuli ensimmäinen pelaaja liigan historiassa saavuttaa 30 pistettä, 10 varastaa, ja seitsemän syöttöä pelin jälkeen varastaa tuli kirjattu stat. Tammikuun 26, 2018, hän oli 40 pistettä ja vastasi hänen kauden korkea 10 syöttöä Clippers 109-100 voiton Memphis Grizzlies. Helmikuuta 2018 hän teki monivuotisen jatkosopimuksen Clippersin kanssa. Helmikuuta 2018 hän teki 35 pistettä 33 minuutissa, mukaan lukien 23 pistettä toisen neljänneksen 128-117-voitossa Phoenix Sunsista. Williams teki kauden 2017-18 aikana keskimäärin uransa ennätykset pisteissä (22,6), syötöissä (5,3) ja minuuteissa (32,8). Hänen penkki pisteytys johti NBA hänen 13. kausi. Hänet valittiin NBA: n vuoden kuudenneksi mieheksi toisen kerran urallaan.
marraskuun 2.päivänä 2018 Williams teki 23 ottelustaan 28 pistettä Clippersin 120-95-voitossa Orlando Magicista. Clippers aloitti kauden lukemin 17-9 ennen kuin Williams kärsi oikean hamstring-vamman. Tappiottomissa neljässä ottelussa Clippers kesti neljän ottelun tappioputken. Palattuaan tositoimiin 20. joulukuuta Williams teki 13 26 pisteestään neljännellä neljänneksellä Clippersin 125-121-voitossa Dallas Mavericksista. Joulukuuta, hän oli kauden korkea 36 pistettä 118-107 voitto Lakers. Tammikuun 25, 2019, hän kirjataan hänen ensimmäinen uran tripla-tupla 31 pistettä, 10 syöttöä ja 10 levypalloa 106-101 voittaa Chicago Bulls, liittymällä Detlef Schrempf (tässä 1993) kuin ainoa toinen pelaaja NBA historiassa 30 pisteen tripla kaksinkertainen pois penkiltä. Williamsin ensimmäinen triplatupla tapahtui hänen uransa 904. ottelussa-vain Zach Randolph 974 ottelussa kirjautti uransa ensimmäisen. Helmikuuta hän teki 39 pistettä ja auttoi Clippersin 25 pisteen tappioasemasta voittoon Detroit Pistonsista 111-101. Helmikuuta hän teki kauden mittaisen 45 pistettä vaihtopenkiltä 130-120-tappiossa Minnesota Timberwolvesille. Helmikuuta, hän kirjattiin 30 pistettä ja 10 syöttöä 22 minuuttia 134-107 voittaa Suns, tulossa ensimmäinen pelaaja NBA historiassa vähintään 30 pistettä ja 10 syöttöä alle 23 minuuttia. 8. Maaliskuuta, hän teki 40 pistettä 118-110 voittaa Oklahoma City Thunder, näin ohi Jamal Crawford toinen NBA uran pistettä pois penkiltä. Se oli myös 28.peli uransa 30 tai enemmän pois penkiltä, rikkoen Ricky Piercen ennätys 27. 11. maaliskuuta hänestä tuli NBA: n uran johtaja pisteissä pois penkiltä 34 pisteellä 140-115-voitossa Boston Celticsistä, ohittaen näin Dell Curryn (11 147). Maaliskuun 17. päivänä hän teki 25 pistettä ja iski 28-metrisen kolmen pisteen heiton yläpuolelta summerin soidessa Clippersin 119-116-voittoon Brooklyn Netsistä.
15.huhtikuuta 2019 Williamsilla oli 36 pistettä ja 11 syöttöä, jotka auttoivat Clippersia voittamaan 31 pisteen alijäämän-NBA: n pudotuspelihistorian suurimman comebackin—ja tasoittamaan ensimmäisen kierroksen ottelusarjan 1-1: een Warriorsia vastaan 135-131—voitolla. Hänestä tuli vasta toinen penkkipelaaja NBA: n historiassa 30 pisteen, 10 syötön suorituksella pudotuspeleissä. Sarjan viidennessä pelissä hänellä oli 33 pistettä ja 10 syöttöä 129-121-voittoon päättyneessä ottelussa. Clippers hävisi ottelun 6 ja putosi pudotuspeleistä. NBA: n end-of-season awards night-tapahtumassa Williams nimettiin NBA: n kuudenneksi vuoden mieheksi, ja Jamal Crawford oli ainoa kolminkertainen palkinnon saaja.
rikottuaan NBA-kuplan sääntöjä Williams joutui olemaan sivussa kauden 2019-20 kahdesta ensimmäisestä kylvöpelistä täyttääkseen karanteenivaatimuksensa. Vuonna 2020 NBA pudotuspeleissä, hän kamppaili koko postseason ottaa keskiarvot 12,8 pistettä ja 4,2 auttaa kuin Clippers putosi seitsemän peliä vastaan Denver Nuggets samalla antautumalla 3-1 johtoon läntisen konferenssin välierissä.
2.stintti Atlanta Hawksin kanssa (2021–nykyhetki)
25. Maaliskuuta 2021 Williams, kaksi toisen kierroksen varausvuoroa ja cash considerations kaupattiin Atlanta Hawksiin vaihdossa Rajon Rondoon.