Michelle Ingrid Williams ble berømt gjennom rollen som Jen Lindley i tenårings-serien "Dawsons Creek". Siden det har hun opptrådt i flere independentfilm produksjoner, blant annet Erik Skjoldbjærgs "Prozac Nation" (2001) og "Station Agent" (2003), før hun landet rollen som Alma Deers i Ang Lees "Brokeback Mountain", en rolle hun også ble Oscar-nominert for. På settet til denne filmen møtte hun også nå avdøde Heath Ledger, som hun fikk et barn med, Matilda Rose.

Williams har enda en Oscarnominasjon for den såre kjærlighetsfilmen "Blue Valentine" (2010), der hun spiller mot Ryan Gosling, og vant Golden Globe for Beste kvinnelige skuespiller i komedie eller musikal for sin rolle i "My Week With Marilyn" (2011) der hun spiller Marilyn Monroe.