米歇尔·威廉姆斯出生在美国蒙大拿州的卡利斯比，九岁后搬至加州圣地亚哥。她是家中五个孩子的老大，此外还有一位同父异母的姐姐现是加州一所小学的副校长。米歇尔的父亲莱理·威廉姆斯是期货交易界的第一位和最耀眼的明星，而米歇尔也继承了这方面的天赋，十七岁那年她在罗宾斯全美交易竞赛中赢得冠军，1万美金起始一年后获利11万美金的成绩列在比赛记录的第四名（截止2006年），她的父亲曾在十年前创造了年获利率达 1000％的惊人记录。
尽管没能得到父母的支持，但是米歇尔·威廉姆斯走上演艺道路的决心一直十分坚决。离开高中后她开始在《海岸警卫队》、《Step by Step》以及蒂姆·艾伦的《家居装饰》等电视剧中亮相，首个电影角色来自95年的动作惊悚片《异种》。紧接着她又通过面试得到了出演杰西卡·兰格、米歇尔·菲佛主演的《陌上伊人》以及《H20抓鬼节》的机会，98年初开始热播的WB青春连续剧《恋爱时代》则真正让她成为一位明星。
该剧播出的三年共六季时间当中，威廉姆斯分别与克尔斯滕·邓斯特、克里斯蒂娜·里奇合演了影片《迪克》和《普罗萨克王国》，还通过《利蓝的美国》、《最爱她》、《假想英雄》等几部成功的独立电影作品大大地丰富了自己的履历表，03年凭借《心灵驿站》她和该片其他演员一起获得了演员工会奖的最佳集体表演提名。2005年李安导演挑中她在《断背山》中出演希斯·莱杰角色的妻子，内敛有力的表演让威廉姆斯成为电影界关注的焦点，不但收获金球奖、英国电影和电视艺术学院奖以及奥斯卡奖最佳女配角三项提名，她同希斯·莱杰戏外也成为了令人羡慕的一对，可谓爱情事业双丰收。不过二人最终在07年分手。之后，威廉姆斯和莱杰又一起出现在了托德·海耶斯的鲍勃·迪伦传记片《我不在那儿》当中。
奥斯卡提名的肯定让威廉姆斯完全甩掉了“青春偶像”的帽子，片约也不在局限于独立小制作领域。06年她同保罗·吉亚玛提合演了《雄鹰垂危》，加盟的伊桑·霍克自编自导自演的作品《最炎热的国度》反响并不是很好，而她同伊万·麦克格雷格合作的英国影片《燃烧弹》将通过08年1月的圣丹斯电影节公开。
2011年威廉姆斯又凭借《蓝色情人节》提名奥斯卡最佳女主角，与安妮特·贝宁、娜塔丽·波特曼、珍妮佛·劳伦斯、妮可·基德曼一起竞影后。
