Directeur de la photographie britannique, Billy Williams débute au cinéma en 1954. Il devient célèbre en collaborant avec Ken Russell pour Un cerveau d’un milliard de dollars (1967) et surtout Love (1969) qui lui vaut une nomination à l’Oscar.
Dans les années 70, il est un chef opérateur sollicité avec Un dimanche comme les autres (1971) de John Schlesinger, Jeanne, papesse du diable (1972) de Michael Anderson, Terreur dans la nuit (1973) de Brian G. Hutton, Le lion et le vent (1975) de John Milius, Le voyage des damnés (1976) de Stuart Rosenberg ou L’étalon de guerre (1979) d’Anthony Harvey.
Il travaille aussi avec William Friedkin (les séquences en Irak de L’exorciste, 1973) et Stanley Donen (Saturn 3, 1980). À nouveau nommé aux Oscars pour La maison du lac (1981) de Mark Rydell, il obtient la précieuse statuette avec Gandhi (1982) de Richard Attenborough.
On peut encore citer Les rescapés (1983) de Michael Ritchie, Suspect dangereux (1987) de Peter Yates, Agaguk (1992) de Jacques Dorfmann ou La géôlière (1997) de Ronan O’Leary. Il se retire en 2000. Billy Williams est décédé le 21 mai 2025 à l’âge de 95 ans.