Hijo de un ejecutivo de Ford y de la modelo Laurie Williams.
Cursó estudios de Ciencias Políticas en el Claremont Meris College, en el College of Marin y en la Julliard School. Ingresó en la prestigiosa Academia Julliard de Nueva York, donde pasó tres años bajo la tutela delautor John Houseman.
Al concluir sus estudios vuelve a San Francisco e ingresa en un taller de comedia. Sus primeros pasos los dio actuando en la calle y comenzó a trabajar en clubes nocturnos. Se lanzó a la fama a través de un personaje de una serie de televisión,Happy Days, y le gustaba combinar el cine con shows en vivo. Su primer protagonista fue en "Popeye", bajo la dirección de Robert Altman.
Continuó realizando comedia en programas especiales de televisión, paralelamente a su carrera comoactor en la gran pantalla, en la que también se destacan títulos como "Cadillac Man" (El hombre del Cadillac), "Awakenings" (Despertares), "Hook" y "Mrs. Doubtfire" (La señora Doubtfire).
Es nominado en tres ocasiones al Oscar como mejor actor por "Good morning, Vietnan", "El club de los poetas muertos" y "El rey pescador" y lo consiguió como secundario por "El indomable Will Hunting"(En busca del destino), junto a Matt Damon. Lo ganó en1997 como mejor actor de reparto en Good Will Hunting. Dio un vuelco a su carrera gracias a "Insomnio", en el que interpreta a un tipo oscuro y sombrío, un escritor de novelas policíacas que aparece como principal sospechoso del asesinato de una adolescente en un inhóspito pueblo de Alaska. En 2006 trabaja en "Man of the year", en Night at the Museum y enHappy Feet. En 2007, actúa en la comedia License to Wed y en 2009, trabaja junto a John Travoltaen la comedia de Disney Old Dogs.
En el teatro alcanzó gran éxito con la obra "Esperando a Godot". Miembro de numerosas organizaciones humanitarias. La revista Forbes le proclamó el actor norteamericano mejor pagado, junto a Harrison Ford. Contrajo matrimonio con la bailarina italiana Valeria Velardi en 1985 fueron padres de Zachary. Tras divorciarse se casó por segunda vez con Marsha Graces con quien tuvo a sus dos hijos Cody y Zelda. En marzo de 2008, su mujer solicitó el divorcio citando diferencias irreconciliables.
El 9 de agosto de 2006, se internó en un centro de rehabilitación (ubicado en Newberg, Oregon), admitió que era un alcohólico. Fue hospitalizado en marzo de 2009 por problemas cardíacos. Se sometió a cirugía para reemplazar su válvula aórtica. La cirugía se completó con éxito el 13 de marzo de 2009, en la Clínica Cleveland.
