Van Williams wurde 1934 in Texas geboren und wuchs auf einer Ranch auf. Als er und sein Vater jedoch zunehmend Meinungsverschiedenheiten darüber hatten, wie die Ranch geführt werden sollte, zog Williams 1956 nach Hawaii, um dort Tauchlehrer zu werden. Ein Jahr später wurde er vom Hollywoodproduzenten und dritten Ehemann von Elizabeth Taylor, Michael Todd, entdeckt. Todd legte ihm nahe, sein Glück in Hollywood zu versuchen. Williams nahm sich den Ratschlag zu Herzen und nahm Schauspielstunden, um sich dann nach Kalifornien aufzumachen. Sein Entdecker Mike Todd erlebte dies nicht mehr, da er 1958 in einem Flugzeugabsturz ums Leben kam.
Seine ersten Erfolge konnte Van Williams bereits 1959 verbuchen, als er für die ABC-Serie Bourbon Street Beat gecastet wurde, sowie direkt im Anschluss für Surfside 6, ebenfalls von ABC. Der große Durchbruch folgte schließlich 1966, wo er von 20th Century Fox im Zuge des Erfolgs der Batman-Serie als Green Hornet seine eigene Serie bekam. Dort spielte er die grüne Hornisse an der Seite von Bruce Lee, der sein Mitstreiter Kato war. Nach Auslaufen der Serie folgten bis Ende der 1970er noch vereinzelte Auftritte im Fernsehen, bevor seine Karriere dann endgültig abflachte und er bei der freiwilligen Feuerwehr in Malibu aktiv wurde. Laut dem Produzenten Kevin Burns soll Williams sich zu seiner Zeit bei der Feuerwehr schwere und dauerhafte Schäden an der Lunge zugezogen haben.
Vicki Williams, die mit Van Williams bis zu seinem Tod über 57 Jahre verheiratet war, sagte:
Er hatte ein wundervolles, fürsorgliches und liebevolles Herz. Er war ein wundervoller Ehemann, er war ein fantastischer Vater und ein hingebungsvoller Großvater.
Van Williams hinterlässt eine Ehefrau, drei Kinder und fünf Enkelkinder.