Né à Morgantown, en Caroline du Nord, Robert Williams est un acteur peu prolifique, il apparaît dans son premier film The Vengeance of Winona, en 1914.
Il épouse la chanteuse Marion Harris en 1921 avec qui il avait un enfant, mais divorce l'année suivante.
En 1922, il a fait ses débuts sur scène à Broadway dans Abie's Irish Rose. Il décroche divers rôle au théâtre et rencontre Alice Lake qu'il épouse en 1924 mais divorce l'année suivante.
Après une nouvelle tentative en 1928, c'est en 1931 qu'il parvient à s'imposer comme acteur au cinéma. Il décroche un rôle dans Rebound d'Edward H. Griffith et un rôle de premier plan dans Devotion. Il est enfin choisi par Frank Capra pour être le partenaire de Loretta Young dans La Blonde platine.
Ironie du sort, quelques jours avant la sortie du film qui devait consacrer les débuts d'une carrière tardive, il décède d'une péritonite.
