Es wurde 1908 als Williams Brothers von Miller und David Williams in Fort Smith, Arkansas, gegründet und expandierte bald auf den Bau landesweiter Pipelines für Erdgas und Erdöl. Das Unternehmen zog 1919 nach Tulsa um. 1949 kaufte John H. Williams, ein Neffe der Gründer, zusammen mit seinem Bruder Charles Williams und Davids Sohn David Williams Jr. das Unternehmen von den Gründern; John H. Williams blieb bis 1971 Präsident des Unternehmens und bis 1979 CEO.Das Unternehmen ging 1957 unter dem Namen Williams Brothers an die Börse. Als es sich in den 1970er Jahren diversifizierte, wurde es in Williams Companies, Inc. umbenannt. Seit 1997 wurde ihre Markenidentität zu „Williams“ vereinfacht.1966 kaufte Williams die damals größte Pipeline für Erdölprodukte in Amerika, bekannt als Great Lakes Pipe Line Company, für etwa 287 Millionen Dollar. 1982 expandierte das Unternehmen mit dem Kauf der Northwest Energy Company in den Erdgastransport und erweiterte seine Reichweite mit dem Kauf der Transco Energy Company 1995 auf die Ostküste.Im Jahr 2001 erwarb Williams Barrett Resources, das ihnen zusätzliche nationale Gasreserven zur Verfügung stellte.Im Jahr 2002 befand sich das Unternehmen aufgrund der veränderten Marktbedingungen und der hohen Verschuldung seiner Tochtergesellschaft Williams Communications Group in einer finanziellen Notlage. Das Unternehmen erhielt und zahlte ein hochverzinsliches Notfalldarlehen von Warren Buffett aus, um sich vor dem Bankrott zu schützen, und richtete seinen Fokus auf die Erdgasproduktion, -verarbeitung und -transport sowie auf die Erhöhung seiner Ressourcenbestände. Einer der Schritte, die es zu dieser Zeit (2004) unternahm, war der Verkauf von zwei der größten kanadischen Erdgas-Straddle-Anlagen und die Beteiligung an einem anderen an den Inter Pipeline Fund für 540 Millionen US-Dollar.
Im Jahr 2010 wurde das Unternehmen einer umfassenden Umstrukturierung unterzogen, die eine Reorganisation seiner umfangreichen Pipeline-Beteiligungen an Williams Partners LP beinhaltete. Im Oktober 2010 gaben Williams und Williams Partners L.P. bekannt, dass der Chairman und Chief Executive Officer Steve Malcolm zum Jahresende in den Ruhestand treten wird. Der Verwaltungsrat von Williams gab bekannt, Alan Armstrong mit Wirkung zum 3. Januar 2011 zum Nachfolger von Malcolm als CEO gewählt zu haben. Armstrong war seit 2002 Senior Vice President von Williams.
Am 16.Februar 2011 hatte das Board of Directors von Williams einem Plan zugestimmt, die Geschäfte des Unternehmens in zwei eigenständige, börsennotierte Unternehmen aufzuteilen. Der Plan sieht vor, dass Williams sein Explorations- und Produktionsgeschäft im dritten Quartal 2011 durch einen Börsengang (IPO) von bis zu 20 Prozent seiner Beteiligung und im Jahr 2012 durch eine steuerfreie Abspaltung seiner verbleibenden Beteiligung an Williams-Aktionäre trennt.