Philadelphia 76ers (2005-2012)
po rozczarowujących występach na treningu, Williams spadł do drugiej rundy draftu i ostatecznie został wybrany przez Philadelphia 76ers na 45.miejscu. Williams grał oszczędnie jako debiutant, średnio 1,9 punktu i .3 asysty ponad 30 gier.
w następnym sezonie Williams został wysłany do Fort Worth Flyers z NBA Development League 28 listopada 2006 roku. Po dobrym występie w D-League i pogłoskach handlowych wokół 76ers’ obrońca punktu wyjściowego Allen Iverson, Williams został odwołany z powrotem do składu 76ers 5 grudnia.
w sezonie 2007-08 Williams osiągał średnio 11,3 ppg, 3,2 apg i 2,0 rpg. Pod koniec sezonu Williams został wolnym agentem i podpisał pięcioletni kontrakt wart 25 milionów dolarów na pozostanie z Filadelfią.
w czwartym meczu pierwszej rundy play-offów Konferencji Wschodniej 2011, Williams uderzył go-ahead trzy punkty, aby dać 76ers zwycięstwo z Miami Heat, 86-82. Jednak Sixers przegrali serię w pięciu meczach.
w sezonie 2011-12 Williams prowadził 76ers w punktacji z 14,9 punktu na mecz, mimo że nie rozpoczął żadnego meczu. Był finalistą konkursu NBA Sixth Man of the Year Award.
Atlanta Hawks (2012-2014)
12 lipca 2012 roku Williams podpisał kontrakt z Atlanta Hawks. 18 stycznia 2013, przeciwko Brooklyn Nets, Williams wylądował niezręcznie na prawym kolanie i musiał opuścić grę na wózku inwalidzkim. Później ujawniono, że zerwał ACL i przegapi resztę sezonu.
Williams opuścił kilka pierwszych meczów sezonu 2013-2014, wracając do zdrowia po kontuzji kolana. Zadebiutował 20 listopada 2013, zdobywając 6 punktów z ławki rezerwowych. 14 grudnia 2013 roku Williams zdobył rekord sezonu w wysokości 27 punktów. Zakończył sezon ze średnią 10,4 punktu, 3,5 asysty i 2,1 zbiórki.
Toronto Raptors (2014-2015)
30 czerwca 2014 Williams został wymieniony wraz z prawami draftu do Lucasa Nogueiry do Toronto Raptors w zamian za Johna Salmonsa i wybór w drugiej rundzie 2015. 22 listopada 2014 roku zdobył 36 punktów w wygranym przez Raptors 110-93 meczu z Cleveland Cavaliers. 20 kwietnia 2015 roku Williams został wybrany szóstym Człowiekiem Roku NBA 2015, stając się pierwszym członkiem Toronto Raptors, który zdobył tę nagrodę.
Los Angeles Lakers (2015-2017)
9 lipca 2015 roku Williams podpisał trzyletni kontrakt wart 21 milionów dolarów z Los Angeles Lakers. 28 października 2015 roku zadebiutował w barwach Lakers w meczu otwarcia sezonu przeciwko Minnesota Timberwolves, zdobywając 21 punktów z ławki rezerwowych w przegranym 112-111. 3 stycznia 2016 zdobył 30 punktów w wygranym 97-77 meczu z Phoenix Suns. Pięć dni później zdobył 23 punkty w swojej karierze-44 punkty w czwartej kwarcie przegranej Lakers 117-113 Z Oklahoma City Thunder.
3 grudnia 2016 roku Williams zdobył 40 punktów z ławki rezerwowych w przegranym 103-100 meczu z Memphis Grizzlies. 40 punktów Williamsa było najwięcej w historii zdobytych przez rezerwowego przeciwnika przeciwko Memphis i stał się pierwszym zawodnikiem, który zdobył 40 punktów z ławki rezerwowych od czasu Jordana Crawforda w kwietniu 2014 roku. Dwa dni później miał 38 punktów, 6 zbiórek i 7 asyst w przegranym 107-101 meczu z Utah Jazz, co było pierwszym meczem z 30 punktami w jego 12-letniej karierze NBA. Został także pierwszym zawodnikiem Lakers, który zdobył co najmniej 38 punktów w kolejnych rozgrywkach od czasu Kobe Bryanta w marcu 2013 roku. W ciągu czterech meczów między 3 a 9 grudnia Williams zdobył 137 punktów—był to największy występ w czterech meczach przez Rezerwę od czasu, gdy NBA zaczęła śledzić starty w 1970 roku.
Houston Rockets (2017)
23 lutego 2017 Williams został wymieniony do Houston Rockets w zamian za Coreya Brewera i wybór w pierwszej rundzie draftu 2017. Zadebiutował w Rockets tamtej nocy, zdobywając 27 punktów z siedmioma trzema punktami z ławki w wygranym 129-99 meczu z New Orleans Pelicans. 15 marca 2017 zdobył 30 punktów w wygranym 139-100 meczu z Lakers.
Los Angeles Clippers (2017-2021)
28 czerwca 2017 Los Angeles Clippers pozyskało Williamsa, Patricka Beverleya, sama Dekkera, Montrezla Harrella, Darruna Hilliarda, Deandre Ligginsa, Kyle ’ a Wiltjera i wybór z pierwszej rundy Z Houston Rockets w zamian za Chrisa Paula. 27 listopada 2017 Williams zdobył 42 punkty w wygranym 120-115 meczu z Los Angeles Lakers. 9 grudnia 2017 roku zaliczył rzut za 3 punkty z 1,2 sekundy, podnosząc Clippers do zwycięstwa 113-112 nad Washington Wizards. Zakończył z 35 punktami prowadzenie na dominującej ławce dla Clippers. 31 grudnia 2017 zdobył 40 punktów z ławki w wygranym 106-98 meczu z Charlotte Hornets. Williams został następnie wybrany graczem tygodnia Konferencji Zachodniej za mecze rozgrywane od poniedziałku, 25 grudnia do niedzieli, 31 grudnia. 10 stycznia 2018 zdobył 27 punktów w swojej karierze-50 punktów w trzeciej kwarcie wygranej Clippers 125-106 nad Golden State Warriors. Strzelił 16 na 27 z najlepszymi w karierze ośmioma 3-punktowymi rzutami i wykonał wszystkie 10 rzutów wolnych. Był to najwyższy wynik w grze pojedynczej od czasu, gdy Charles Smith wyrównał rekord franczyzy z 52 punktami w grudniu 1990 roku. Williams został następnie wybrany graczem tygodnia Konferencji Zachodniej za mecze rozgrywane od poniedziałku, 8 stycznia do niedzieli, 14 stycznia. 20 stycznia 2018 roku zanotował 31 punktów, rekordowe 10 przechwytów i siedem asyst w przegranym 125-113 meczu z Utah Jazz. Stał się pierwszym zawodnikiem w historii ligi, który zdobył 30 punktów, 10 przechwytów i 7 asyst w meczu, ponieważ Przechwyty stały się rekordową statystyką. 26 stycznia 2018 roku zdobył 40 punktów i wyrównał rekord sezonu z 10 asystami w zwycięstwie Clippers 109-100 nad Memphis Grizzlies. 7 lutego 2018 podpisał wieloletni kontrakt z Clippers. 23 lutego 2018 zdobył 35 punktów w 33 minucie, w tym 23-punktową drugą kwartę, w wygranym 128-117 meczu z Phoenix Suns. W sezonie 2017-2018 Williams zdobywał średnio wysokie punkty (22,6), asysty (5,3) i minuty (32,8). Jego wynik na ławce prowadził NBA w 13 sezonie. Po raz drugi w karierze został wybrany szóstym Człowiekiem Roku NBA.
2 listopada 2018 roku, Williams zdobył 23 punkty w swojej grze-wysokie 28 punktów w drugiej połowie wygranej Clippers 120-95 nad Orlando Magic. Clippers rozpoczęli sezon z rekordem 17-9, zanim Williams doznał kontuzji prawego ścięgna ścięgna. W czterech meczach, które opuścił, Clippers przeżyli serię przegranych czterech meczów. Po powrocie do akcji 20 grudnia Williams zdobył 13 z 26 punktów w czwartej kwarcie wygranej Clippers 125-121 nad Dallas Mavericks. 28 grudnia zdobył 36 punktów w wygranym 118-107 meczu z Lakers. 25 stycznia 2019 roku zanotował swój pierwszy w karierze triple-double z 31 punktami, 10 asystami i 10 zbiórkami w wygranym 106-101 meczu z Chicago Bulls, dołączając do Detlefa Schrempfa (w 1993 roku) jako jedyny gracz w historii NBA z 30-punktowym Triple-double z ławki rezerwowych. Pierwszy triple-double Williamsa wystąpił w 904 meczu w karierze—dopiero Zach Randolph w 974 meczach zanotował swój pierwszy w karierze. 2 lutego zdobył 39 punktów i pomógł clippersowi z 25-punktowym deficytem pokonać Detroit Pistons 111-101. 11 lutego zdobył 45 punktów z ławki w przegranym 130-120 meczu z Minnesota Timberwolves. 13 lutego zanotował 30 punktów i 10 asyst w 22 minuty w wygranym 134-107 meczu z the Suns, zostając pierwszym graczem w historii NBA z co najmniej 30 punktami i 10 asystami w mniej niż 23 minuty. 8 marca zdobył 40 punktów w wygranym 118-110 meczu z Oklahoma City Thunder, wyprzedzając tym samym Jamala Crawforda na drugim miejscu w karierze NBA. Był to także dwudziesty ósmy mecz w jego karierze z 30 lub więcej pozycji na ławce, bijąc rekord Ricky 'ego Pierce’ a z 27. 11 marca został liderem NBA na punkty z ławki rezerwowych z 34 punktami w wygranym 140-115 meczu z Boston Celtics, wyprzedzając tym samym della Curry ’ ego (11,147). 17 marca zdobył 25 punktów i trafił 28-metrowym 3-punktowym strzałem z wierzchołka klucza w brzęczyk, co dało Clippers zwycięstwo 119-116 nad Brooklyn Nets.
w dniu 15 kwietnia 2019 roku Williams miał 36 punktów i 11 asyst, aby pomóc Clippers przezwyciężyć deficyt 31 punktów-największy powrót w historii Play—off NBA—i zremisować w pierwszej rundzie 1-1 z Warriors wygrywając 135-131. Został tylko drugim ławeczkarzem w historii NBA z 30-punktowym, 10-asystowym występem w play-offach. W piątym meczu serii, miał 33 punkty i 10 asyst w wygranej 129-121. Clippers przegrali mecz nr 6 i wycofali się z rozgrywek. Podczas NBA end-of-season awards night, Williams został wybrany szóstym Człowiekiem Roku NBA, dołączając do Jamala Crawforda jako jedynego trzykrotnego zdobywcy nagrody.
po złamaniu zasad bańki NBA, Williams został zmuszony do przesiedzenia dwóch pierwszych meczów sezonu 2019-20, aby spełnić swoje wymagania dotyczące kwarantanny. W 2020 NBA Playoffs, walczył przez cały postseason mając średnie 12,8 punktu i 4,2 asysty, jak Clippers spadł w siedmiu meczach przeciwko Denver Nuggets, poddając się 3-1 prowadzenie w półfinale Konferencji Zachodniej.
2. stint Z Atlanta Hawks (2021-obecnie)
25 marca 2021 Williams, dwa typy w drugiej rundzie draftu i pieniądze zostały wymienione na Atlanta Hawks w zamian za Rajon Rondo.