Enfant d'une famille d'acteurs, il s'intéresse très tôt à la comédie et commence sa carrière en jouant dans des pièces de théâtre scolaires et dans des productions amateur locales. Son premier rôle important est celui du personnage principal de la série télévisée "Un toit pour trois" en 1986.
En 1992, il fait ses débuts au cinéma en jouant le rôle de Mike Hanlon dans l'adaptation cinématographique du roman d'horreur "It", réalisé par Terry O'Neill. Son interprétation est saluée par la critique et lui permet de se faire connaître du grand public.
En 1995, Williams est choisi pour incarner le rôle du personnage principal de la série télévisée "Côte Ouest", aux côtés de Annette O'Toole, Joe Lando et Lindsay Wagner. La série, diffusée sur la chaîne CBS, connaît un grand succès populaire et est acclamée par la critique, ce qui confirme l'ascension de Daniel John Williams dans le monde du divertissement.
En 1998, il joue le rôle de Jim Halsey dans "La Ligue des justiciers", adapté du comic book de DC Comics, réalisé par Richard Donner. Il reprend le rôle en 2006 pour la mini-série télévisée "Le Retour des héros invisibles".
En 2017, il joue un des personnages principaux de la série télévisée "13 Reasons Why", diffusée sur Netflix. Sa prestation est à nouveau saluée par les critiques et lui permet d'être nommé pour plusieurs prix dans la catégorie "meilleur acteur".
En plus de sa carrière d'acteur, Daniel John Williams est également chanteur et musicien. Il a sorti plusieurs albums depuis les années 2000, notamment "A Fondue Heart" (2003) et "The Shape of Things to Come" (2010).
Actuellement, il est marié à l'actrice [Nom d'épouse de la femme de Daniel John Williams] et ils ont deux enfants ensemble.