Woody er kortversjon av Woodrow, og mellomnavnet hans er Tracy. Gjennombruddet kom i den klassiske TV-serien "Cheers", der han var fra 1985 til 1993. Hans første spillefilm var sportsfilmen "Wildcats" (1986) med Goldie Hawn, og på 1990-tallet kunne han blant annet ses i "White Men Can't Jump" (1992) og "Natural Born Killers" (1994). I 1996 ble Harrelson Oscarnominert for hovedrollen i "The People vs. Larry Flynt".

På 2000-tallet har Harrelson blant annet vært å se i TV-serien "Will & Grace" (2001), "Anger Management" (2003) og "North Country" (2005). I 2010 ble han igjen Oscarnominert for birollen i "The Messenger".