Fue fundada como Williams Brothers en 1908 por Miller y David Williams en Fort Smith, Arkansas, y pronto se expandió a la construcción de gasoductos a nivel nacional para gas natural y petróleo. La compañía se trasladó a Tulsa en 1919. En 1949, John H. Williams, sobrino de los fundadores, junto con su hermano Charles Williams y el hijo de David, David Williams Jr., compraron el negocio a los fundadores; John H. Williams permaneció como presidente de la compañía hasta 1971 y CEO hasta 1979.
La compañía se hizo pública en 1957 bajo el nombre de Williams Brothers. A medida que se diversificó en la década de 1970, pasó a llamarse Williams Companies, Inc. Desde 1997, su identidad de marca se ha simplificado a «Williams».
En 1966, Williams compró el gasoducto de productos petrolíferos más grande de los Estados Unidos, conocido como Great Lakes Pipe Line Company, por unos 287 millones de dólares. En 1982, se expandió al transporte de gas natural con la compra de Northwest Energy Company, y extendió su alcance a la Costa Este con la compra de Transco Energy Company en 1995.
En 2001, Williams adquirió Barrett Resources, que les proporcionó reservas nacionales de gas adicionales.
En 2002, la compañía se encontró en dificultades financieras debido a los cambios en las condiciones del mercado y la gran deuda de su subsidiaria Williams Communications Group. La compañía obtuvo y pagó un préstamo de emergencia de alto interés de Warren Buffett para mantenerse fuera de la bancarrota, y reorientó su enfoque hacia la producción, procesamiento y transporte de gas natural, así como el aumento de sus tenencias de recursos. Uno de los movimientos que hizo en esa época (2004) fue la venta de dos de las plantas de gas natural más grandes de Canadá, y su participación en otra al Fondo Inter Pipeline por US 5 540 millones.
En 2010, la compañía se sometió a una importante reestructuración que incluyó una reorganización de sus extensas tenencias de gasoductos en Williams Partners LP. En octubre de 2010, Williams y Williams Partners L. P. anunciaron que el Presidente y Director Ejecutivo Steve Malcolm se retiraría a finales de año. La Junta Directiva de Williams dijo que había elegido a Alan Armstrong para suceder a Malcolm como CEO a partir del 3 de enero de 2011. Armstrong se había desempeñado como vicepresidente sénior de Williams desde 2002.
El 16 de febrero de 2011, la junta directiva de Williams había aprobado un plan para separar los negocios de la compañía en dos corporaciones independientes que cotizan en bolsa. El plan exige que Williams separe su negocio de exploración y producción a través de una oferta pública inicial (OPI) en el tercer trimestre de 2011 de hasta el 20 por ciento de su interés y, en 2012, una escisión libre de impuestos a los accionistas de Williams de su interés restante.