Philadelphia 76ers (2005-2012)
após decepcionantes performances de treino, Williams caiu para a segunda rodada do draft e foi finalmente escolhido 45º geral pelo Philadelphia 76ers. Williams jogou sparingly como um novato, com média de 1,9 pontos e .3 assistências em mais de 30 jogos.Na temporada seguinte, Williams foi enviado para jogar pelo Fort Worth Flyers da NBA Development League em 28 de novembro de 2006. Depois de uma boa exibição na D-League, e rumores comerciais em torno do jogador de base do 76ers Allen Iverson, Williams foi chamado de volta para a lista dos 76ers em 5 de dezembro.
durante a temporada 2007-08, Williams teve médias de 11.3 ppg, 3.2 apg e 2.0 rpg. No final da temporada, Williams tornou-se um agente livre restrito e assinou um contrato de cinco anos no valor de US $25 milhões para permanecer com Philadelphia.
no jogo 4 da primeira rodada dos Playoffs da Conferência Leste de 2011, Williams atingiu um go-ahead três pontos para dar aos 76ers uma vitória contra o Miami Heat, 86-82. No entanto, os Sixers acabaram perdendo a série em cinco jogos.
para a temporada 2011-12, Williams liderou os 76ers na pontuação com 14,9 pontos por jogo, apesar de não iniciar um único jogo. Ele foi o segundo colocado para o NBA Sixth Man of The Year Award.
Atlanta Hawks (2012-2014)
em 12 de julho de 2012, Williams assinou com o Atlanta Hawks. Em 18 de janeiro de 2013, contra o Brooklyn Nets, Williams pousou desajeitado em seu joelho direito e teve que deixar o jogo em uma cadeira de rodas. Mais tarde foi revelado que ele rasgou seu LCA e perderia o resto da temporada.Williams perdeu os primeiros Jogos da temporada 2013-14 enquanto se recuperava de sua lesão no joelho. Ele fez sua estréia em 20 de novembro de 2013, marcando 6 pontos fora do banco. Em 14 de dezembro de 2013, Williams marcou uma temporada de alta de 27 pontos. Ele terminou a temporada com médias de 10.4 pontos, 3.5 assistências e 2.1 rebotes.
Toronto Raptors (2014-2015)
em 30 de junho de 2014, Williams foi negociado, juntamente com os direitos de rascunho para Lucas Nogueira, para o Toronto Raptors em troca de John Salmons e 2015 segunda escolha. Em 22 de novembro de 2014, ele marcou 36 pontos na vitória de 110-93 dos Raptors sobre o Cleveland Cavaliers. Em 20 de abril de 2015, Williams foi nomeado o sexto homem da NBA de 2015, tornando-se o primeiro membro do Toronto Raptors a ganhar o prêmio.
Los Angeles Lakers (2015-2017)
em 9 de julho de 2015, Williams assinou um contrato de três anos, $21 milhões com o Los Angeles Lakers. Ele fez sua estréia pelo Lakers no início da temporada contra o Minnesota Timberwolves em 28 de outubro de 2015, marcando 21 pontos fora do banco em uma derrota de 112-111. Em 3 de janeiro de 2016, ele marcou 30 pontos em uma vitória por 97-77 sobre o Phoenix Suns. Cinco dias depois, ele marcou 23 de seus então 44 pontos no quarto trimestre da derrota dos Lakers de 117-113 para o Oklahoma City Thunder.
em 3 de dezembro de 2016, Williams marcou uma temporada-alto 40 pontos fora do banco em uma derrota de 103-100 para o Memphis Grizzlies. Os 40 pontos de Williams foram os mais marcados pela reserva de um adversário contra o Memphis, e ele se tornou o primeiro jogador a marcar 40 fora do banco desde Jordan Crawford em abril de 2014. Dois dias depois, ele teve 38 pontos, seis rebotes e sete assistências em uma derrota por 107-101 para o Utah Jazz, juntando os primeiros jogos de 30 pontos de volta de sua carreira de 12 anos na NBA. Ele também se tornou o primeiro jogador do Lakers a marcar pelo menos 38 pontos em jogos sucessivos desde Kobe Bryant em Março de 2013. Mais de quatro jogos entre 3 e 9 de dezembro, Williams marcou 137 pontos-o maior desempenho de pontuação de quatro jogos por uma reserva desde que a NBA começou a manter o controle de começos em 1970.
Houston Rockets (2017)
em 23 de fevereiro de 2017, Williams foi negociado para o Houston Rockets em troca de Corey Brewer e uma escolha de primeira rodada de 2017. Ele fez sua estréia pelo Rockets naquela noite, marcando 27 pontos com sete três pontos fora do banco em uma vitória de 129-99 sobre o New Orleans Pelicans. Em 15 de Março de 2017, ele marcou 30 pontos em uma vitória por 139-100 sobre os Lakers.
Los Angeles Clippers (2017-2021)
Em 28 de junho de 2017, o Los Angeles Clippers, adquiridos Williams, Patrick Beverley, Sam Dekker, Montrezl Harrell, Darrun Hilliard, DeAndre Liggins, Kyle Wiltjer, e um 2018 escolha de primeiro round do Houston Rockets em troca de Chris Paul. Em 27 de novembro de 2017, Williams marcou 42 pontos na vitória por 120-115 sobre o Los Angeles Lakers. Em 9 de dezembro de 2017, ele acertou um pull-up de 3 pontos com 1,2 segundos restantes, levantando os Clippers para uma vitória de 113-112 sobre o Washington Wizards. Ele terminou com 35 pontos para liderar um esforço de bancada dominante para os Clippers. Em 31 de dezembro de 2017, ele marcou 40 pontos fora do banco em uma vitória por 106-98 sobre o Charlotte Hornets. Williams foi posteriormente nomeado “Western Conference Player of the Week” por jogos jogados segunda-feira, 25 de dezembro até domingo, 31 de dezembro. Em 10 de janeiro de 2018, ele marcou 27 de seus 50 pontos mais altos na carreira no terceiro trimestre da vitória dos Clippers de 125-106 sobre o Golden State Warriors. Ele jogou 16 por 27 com um melhor de oito 3 pontos na carreira e fez todos os 10 de seus lances livres. Foi o maior esforço de pontuação de qualquer Clipper em um único jogo desde que Charles Smith empatou um recorde da franquia com 52 pontos em dezembro de 1990. Williams foi posteriormente nomeado Jogador da Conferência ocidental da semana para jogos jogados segunda-feira, 8 de Janeiro a domingo, 14 de Janeiro. Em 20 de janeiro de 2018, ele gravou 31 pontos, um recorde da franquia de 10 roubos de bola, e sete assistências em uma derrota de 125-113 para o Utah Jazz. Ele se tornou o primeiro jogador na história da liga a chegar a 30 pontos, 10 roubos de bola e sete assistências em um jogo desde que o roubo se tornou uma estatística registrada. Em 26 de janeiro de 2018, ele teve 40 pontos e bateu seu recorde da temporada com 10 assistências na vitória dos Clippers de 109-100 sobre o Memphis Grizzlies. Em 7 de fevereiro de 2018, ele assinou uma extensão de contrato de vários anos com o Clippers. Em 23 de fevereiro de 2018, ele teve 35 pontos em 33 minutos, incluindo um segundo quarto de 23 pontos, em uma vitória 128-117 sobre o Phoenix Suns. Williams teve médias de pontos (22.6), assistências (5.3) e minutos (32.8) durante a temporada 2017-18. Sua pontuação no banco liderou a NBA em sua 13ª temporada. Ele foi posteriormente nomeado NBA Sixth Man of The Year pela segunda vez em sua carreira.
em 2 de novembro de 2018, Williams marcou 23 de seu jogo-Alto 28 pontos na segunda metade da vitória dos Clippers 120-95 sobre o Orlando Magic. Os Clippers começaram a temporada com um recorde de 17-9 Antes de Williams sofrer uma lesão no tendão direito. Nos quatro jogos que ele perdeu,os Clippers suportaram uma série de derrotas de quatro jogos. Em seu retorno à ação em 20 de dezembro, Williams marcou 13 de seus 26 pontos no quarto trimestre da vitória dos Clippers de 125-121 sobre o Dallas Mavericks. Em 28 de dezembro, ele teve uma alta temporada de 36 pontos em uma vitória por 118-107 sobre os Lakers. Em 25 de janeiro de 2019, ele gravou seu primeiro triplo-duplo de carreira com 31 pontos, 10 assistências e 10 rebotes em uma vitória por 106-101 sobre o Chicago Bulls, juntando-se a Detlef Schrempf (em 1993) como o único outro jogador na história da NBA com uma dupla tripla de 30 pontos fora do banco. O primeiro triplo-duplo de Williams ocorreu em seu 904º jogo de carreira—apenas Zach Randolph em 974 jogos registrou seu primeiro mais tarde em sua carreira. Em 2 de fevereiro, ele marcou 39 pontos e ajudou o Rally Clippers de um déficit de 25 pontos para vencer o Detroit Pistons 111-101. Em 11 de fevereiro, ele marcou 45 pontos da temporada fora do banco em uma derrota por 130-120 para o Minnesota Timberwolves. Em 13 de fevereiro, ele gravou 30 pontos e 10 assistências em 22 minutos em uma vitória por 134-107 sobre o Suns, tornando-se o primeiro jogador na história da NBA com pelo menos 30 pontos e 10 assistências em menos de 23 minutos. Em 8 de março, ele marcou 40 pontos em uma vitória por 118-110 sobre o Oklahoma City Thunder, passando Jamal Crawford para segundo na carreira da NBA pontos fora do banco. Foi também o 28º jogo de sua carreira com 30 ou mais fora do banco, quebrando o recorde de Ricky Pierce de 27. Em 11 de março, ele se tornou o líder da carreira da NBA em pontos fora do banco, com 34 pontos em uma vitória de 140-115 sobre o Boston Celtics, superando assim Dell Curry (11.147). Em 17 de março, ele marcou 25 pontos e atingiu um 28-pé de 3 pontos do topo da chave na campainha para dar aos Clippers uma vitória de 119-116 sobre o Brooklyn Nets.
em 15 de abril de 2019, Williams teve 36 Pontos e 11 assistências para ajudar os Clippers a superar um déficit de 31 pontos—o maior retorno na história dos playoffs da NBA-e empatar a série de primeira rodada em 1-1 contra os Warriors com uma vitória de 135-131. Ele se tornou apenas o segundo jogador de banco na história da NBA com um desempenho de 30 pontos, 10 assistências nos playoffs. No jogo 5 da série, ele teve 33 pontos e 10 assistências em uma vitória de 129-121. Os Clippers perderam o jogo 6 para sair dos playoffs. Na noite dos prêmios de fim de temporada da NBA, Williams foi nomeado o sexto homem do ano da NBA, juntando-se a Jamal Crawford como o único três vezes vencedor do prêmio.
depois de violar as regras da bolha da NBA, Williams foi obrigado a ficar de fora dos dois primeiros Jogos da temporada 2019-20 para cumprir seus requisitos de quarentena. Nos Playoffs da NBA de 2020, ele lutou durante a pós-temporada, tendo médias de 12,8 pontos e 4,2 assistências como os Clippers caiu em sete jogos contra o Denver Nuggets, ao render-se um 3-1 na Conferência Oeste semi-finais.
2º turno com Atlanta Hawks (2021-presente)
em 25 de Março de 2021, Williams, duas escolhas de segundo turno, e considerações em dinheiro foram negociados para os Atlanta Hawks em troca de Rajon Rondo.