Philadelphia 76ers (2005-2012)
după performanțe dezamăgitoare de antrenament, Williams a căzut la a doua rundă a draftului și a fost în cele din urmă ales pe locul 45 în general de Philadelphia 76ers. Williams a jucat cu moderație ca un începător, o medie de 1,9 puncte și .3 asistă peste 30 jocuri.
în sezonul următor, Williams a fost trimis să joace pentru Fort Worth Flyers din liga de dezvoltare NBA pe 28 noiembrie 2006. După o prezentare bună în Liga D și zvonuri comerciale în jurul punctului de plecare al 76ers Allen Iverson, Williams a fost rechemat înapoi la lista 76ers pe 5 decembrie.
în timpul sezonului 2007-08, Williams a avut în medie 11,3 ppg, 3,2 apg și 2,0 rpg. La sfârșitul acelui sezon, Williams a devenit un agent liber restricționat și a semnat un acord de cinci ani în valoare de 25 de milioane de dolari pentru a rămâne la Philadelphia.
în jocul 4 din prima rundă a playoff-urilor Conferinței de Est din 2011, Williams a lovit o undă verde cu trei puncte pentru a oferi celor 76ers o victorie împotriva Miami Heat, 86-82. Cu toate acestea, Sixers au ajuns să piardă seria în cinci jocuri.
pentru sezonul 2011-12, Williams a condus 76ers în scor cu 14,9 puncte pe meci, în ciuda faptului că nu a început un singur joc. El a fost finalist pentru premiul NBA al șaselea om al anului.
Atlanta Hawks (2012-2014)
la 12 iulie 2012, Williams a semnat cu Atlanta Hawks. Pe 18 ianuarie 2013, împotriva Brooklyn Nets, Williams a aterizat penibil pe genunchiul drept și a trebuit să părăsească jocul pe un scaun cu rotile. Ulterior s-a dezvăluit că și-a rupt ACL-ul și va lipsi restul sezonului.
Williams a ratat primele câteva jocuri din sezonul 2013-14 în timp ce se recupera după accidentarea la genunchi. A debutat pe 20 noiembrie 2013, marcând 6 puncte de pe bancă. Pe 14 decembrie 2013, Williams a marcat un sezon de 27 de puncte. A terminat sezonul cu medii de 10,4 puncte, 3,5 pase decisive și 2,1 recuperări.
Toronto Raptors (2014-2015)
la 30 iunie 2014, Williams a fost tranzacționat, împreună cu proiectul de drepturi asupra Lucas Nogueira, către Toronto Raptors în schimbul John Salmons și 2015 a doua rundă alege. Pe 22 noiembrie 2014, a obținut 36 de puncte în carieră în Victoria Raptors cu 110-93 asupra Cleveland Cavaliers. Pe 20 aprilie 2015, Williams a fost numit al șaselea om al anului NBA 2015, devenind primul membru al Toronto Raptors care a câștigat vreodată Premiul.
Los Angeles Lakers (2015-2017)
la 9 iulie 2015, Williams a semnat un contract pe trei ani, de 21 de milioane de dolari, cu Los Angeles Lakers. A debutat pentru Lakers în deschiderea sezonului împotriva Minnesota Timberwolves pe 28 octombrie 2015, obținând 21 de puncte de pe bancă într-o pierdere de 112-111. Pe 3 ianuarie 2016, a obținut 30 de puncte în sezonul de atunci într-o victorie cu 97-77 asupra Phoenix Suns. Cinci zile mai târziu, a marcat 23 din cele 44 de puncte din carieră în al patrulea trimestru al pierderii 117-113 a Lakers în fața Oklahoma City Thunder.
pe 3 decembrie 2016, Williams a obținut un maxim de sezon cu 40 de puncte de pe bancă într-o pierdere de 103-100 în fața Memphis Grizzlies. Cele 40 de puncte ale lui Williams au fost cele mai marcate vreodată de rezerva unui adversar împotriva lui Memphis și a devenit primul jucător care a înscris 40 de pe bancă de atunci Jordan Crawford în aprilie 2014. Două zile mai târziu, a avut 38 de puncte, șase recuperări și șapte pase decisive într-o pierdere de 107-101 în fața Utah Jazz, punând laolaltă primele jocuri de 30 de puncte în spate din cariera sa de 12 ani în NBA. De asemenea, a devenit primul jucător Lakers care a înscris cel puțin 38 de puncte în jocurile succesive de atunci Kobe Bryant în martie 2013. Peste patru jocuri între 3 și 9 decembrie, Williams a obținut 137 de puncte-cea mai mare performanță de scor în patru jocuri a unei rezerve de când NBA a început să țină evidența starturilor în 1970.
Houston Rockets (2017)
pe 23 februarie 2017, Williams a fost tranzacționat către Houston Rockets în schimbul Corey Brewer și o alegere de draft din prima rundă din 2017. A debutat pentru Rockets în acea noapte, marcând 27 de puncte cu șapte tripluri de pe bancă într-o victorie cu 129-99 asupra New Orleans Pelicans. Pe 15 martie 2017, a obținut 30 de puncte într-o victorie cu 139-100 asupra Lakers.
Los Angeles Clippers (2017-2021)
pe 28 iunie 2017, Los Angeles Clippers a achiziționat Williams, Patrick Beverley, Sam Dekker, Montrezl Harrell, Darrun Hilliard, DeAndre Liggins, Kyle Wiltjer, și o alegere din prima rundă din 2018 de la Houston Rockets în schimbul lui Chris Paul. Pe 27 noiembrie 2017, Williams a obținut 42 de puncte în sezon într-o victorie cu 120-115 asupra Los Angeles Lakers. Pe 9 decembrie 2017, a lovit un pas înainte trage-up 3-pointer cu 1,2 secunde rămase, ridicând Clippers la o victorie cu 113-112 asupra Washington Wizards. A terminat cu 35 de puncte pentru a conduce un efort dominant pe bancă pentru Clippers. Pe 31 decembrie 2017, a obținut 40 de puncte de pe bancă într-o victorie cu 106-98 asupra Charlotte Hornets. Williams a fost numit ulterior Jucătorul săptămânii Conferinței de Vest pentru jocurile jucate de Luni, 25 decembrie până duminică, 31 decembrie. Pe 10 ianuarie 2018, a obținut 27 din cele 50 de puncte din carieră în al treilea trimestru al victoriei Clippers cu 125-106 asupra Golden State Warriors. A împușcat 16 pentru 27 cu cele mai bune opt 3-pointeri din carieră și a făcut toate cele 10 aruncări libere. A fost cel mai mare efort de notare al oricărui Clipper într-un singur joc de când Charles Smith a egalat un record de franciză cu 52 de puncte în decembrie 1990. Williams a fost numit ulterior Jucătorul săptămânii Conferinței de Vest pentru jocurile jucate de luni, 8 ianuarie până duminică, 14 ianuarie. Pe 20 ianuarie 2018, a înregistrat 31 de puncte, un record de franciză 10 furturi și șapte pase decisive într-o pierdere de 125-113 în fața Utah Jazz. A devenit primul jucător din istoria ligii care a atins 30 de puncte, 10 furturi și șapte pase decisive într-un joc, deoarece furturile au devenit un stat înregistrat. Pe 26 ianuarie 2018, a avut 40 de puncte și și-a egalat maximul sezonului cu 10 pase decisive în Victoria Clippers cu 109-100 asupra Memphis Grizzlies. Pe 7 februarie 2018, a semnat o prelungire a contractului pe mai mulți ani cu Clippers. Pe 23 februarie 2018, a avut 35 de puncte în 33 de minute, inclusiv un al doilea trimestru de 23 de puncte, într-o victorie cu 128-117 asupra Phoenix Suns. Williams a înregistrat în medie maximele carierei în puncte (22,6), asistențe (5,3) și minute (32,8) în timpul sezonului 2017-18. Scorul său de bancă a condus NBA în cel de-al 13-lea sezon. Ulterior a fost numit NBA al șaselea om al anului pentru a doua oară în carieră.
pe 2 noiembrie 2018, Williams a obținut 23 din cele 28 de puncte ale jocului său în a doua jumătate a Victoriei Clippers cu 120-95 asupra Orlando Magic. Clippers au început sezonul cu un record de 17-9 înainte ca Williams să sufere o accidentare la hamstring drept. În cele patru jocuri pe care le-a ratat, Clippers au suferit o serie de pierderi de patru jocuri. La întoarcerea la acțiune pe 20 decembrie, Williams a obținut 13 din cele 26 de puncte ale sale în al patrulea trimestru al victoriei Clippers cu 125-121 asupra Dallas Mavericks. Pe 28 decembrie, a obținut 36 de puncte în sezon într-o victorie cu 118-107 asupra Lakers. Pe 25 ianuarie 2019, a înregistrat prima sa carieră triplă-dublă cu 31 de puncte, 10 pase decisive și 10 recuperări într-o victorie de 106-101 asupra Chicago Bulls, alăturându-se Detlef Schrempf (în 1993) ca singurul alt jucător din istoria NBA cu un triplu dublu de 30 de puncte de pe bancă. Primul triplu-dublu al lui Williams a avut loc în cel de—al 904-lea joc de carieră-doar Zach Randolph la 974 de jocuri a înregistrat primul său mai târziu în carieră. Pe 2 februarie, a obținut 39 de puncte și i-a ajutat pe Clippers să se ralieze dintr-un deficit de 25 de puncte pentru a învinge Detroit Pistons 111-101. Pe 11 februarie, a marcat 45 de puncte de pe bancă într-o pierdere de 130-120 în fața Minnesota Timberwolves. Pe 13 februarie, a înregistrat 30 de puncte și 10 pase decisive în 22 de minute într-o victorie de 134-107 asupra Suns, devenind primul jucător din istoria NBA cu cel puțin 30 de puncte și 10 pase decisive în mai puțin de 23 de minute. Pe 8 martie, a obținut 40 de puncte într-o victorie cu 118-110 asupra Oklahoma City Thunder, trecând astfel Jamal Crawford pentru al doilea în punctele de carieră NBA de pe bancă. A fost, de asemenea, al 28-lea joc din cariera sa, cu 30 sau mai mult de pe bancă, doborând Ricky Piercerecordul de 27. Pe 11 martie, a devenit liderul carierei NBA în puncte de pe bancă cu 34 de puncte într-o victorie cu 140-115 asupra Boston Celtics, depășind astfel Dell Curry (11.147). Pe 17 martie, a marcat 25 de puncte și a lovit un 28-picior 3-pointer din partea de sus a cheii la buzzer pentru a oferi Clippers o victorie 119-116 asupra Brooklyn Nets.
pe 15 aprilie 2019, Williams a avut 36 de puncte și 11 pase decisive pentru a-i ajuta pe Clippers să depășească un deficit de 31 de puncte—cea mai mare revenire din istoria playoff—ului NBA-și să egaleze seria din prima rundă la 1-1 împotriva Warriors cu o victorie de 135-131. El a devenit doar al doilea jucător de bancă din istoria NBA, cu o performanță de 30 de puncte și 10 asistențe în playoff. În jocul 5 al seriei, a avut 33 de puncte și 10 pase decisive într-o victorie de 129-121. Clippers a continuat să piardă jocul 6 pentru a se retrage din playoff. La Noaptea premiilor de sfârșit de sezon din NBA, Williams a fost numit al șaselea om al anului din NBA, alăturându-se Jamal Crawford ca singurii câștigători de trei ori ai Premiului.
după ce a încălcat regulile bulei NBA, Williams a fost obligat să stea în primele două jocuri de însămânțare din sezonul 2019-20 pentru a-și îndeplini cerințele de carantină. În playoff-urile NBA din 2020, s-a luptat pe tot parcursul post-sezonului având medii de 12,8 puncte și 4,2 pase decisive, deoarece Clippers au căzut în șapte jocuri împotriva Denver Nuggets în timp ce a predat un avantaj de 3-1 în semifinalele Conferinței de Vest.
a 2–a etapă cu Atlanta Hawks (2021-prezent)
pe 25 martie 2021, Williams, două alegeri de draft din runda a doua și considerente de numerar au fost tranzacționate către Atlanta Hawks în schimbul Rajon Rondo.