Полное имя актрисы – Келли Рене Уильямс. Она родилась 8 июня 1970 года в Лос-Анджелесе в семье пластического хирурга и актрисы. Амбициозные родители позаботились, чтобы девочка уже с младенчества позировала перед камерами, снявшись в рекламном ролике для компании по производству подгузников. Среднее образование юная Келли получила весьма престижное. Первоначально она посещала лицей, входящий в образовательную сеть школ под управлением Министерства иностранных дел Франции, а затем перевелась в среднюю школу Беверли-Хиллз. В подростковом возрасте будущей актрисе довелось пережить развод родителей. Впоследствии и мать Шэннон, и отец Джон вступили в новые браки, в результате чего у Келли помимо родного брата появилось двое сводных.
Со школьной скамьи Келли Уильямс постоянно участвовала в детских и молодежных театральных постановок. После того, как она блестяще исполнила роль Джульетты в классическом спектакле по пьесе Шекспира, ей предложили контракт для работы с агентом. Собственно, с этого события и началась актерская карьера Уильямс. В качестве молодой дебютантки она стала появляться на телевидении и снялась в сериале канала CBS «Особенные школьные каникулы». За небольшой ролью в эпизоде последовало несколько новых приглашений от того же канала. Одну из первых относительно ярких ролей актриса получила в популярном фантастическо-приключенческом сериале «Квантовый скачок», который в настоящее время называют культовым. Кроме того, Келли успела поучаствовать в съемках телевизионного триллера Стива Гетерса «Дело душителей с холмов», многосерийного вестерна «Молодые наездники», знаменитого детективного сериала «Закон и порядок», а также драматической картины Уориса Хуссейна «Арлина и Кимберли», вышедшей на экраны в 1991 году.
Прежде чем получить роль молодой адвокатессы Линдсей Дойл в сериале «Практика» (1997), который принес Келли широкую известность, ей довелось исполнить около пятнадцати ролей в различных фильмах и сериалах. После успеха «Практики» актриса дала согласие на участие в съемках другого проекта о юристах «Элли МакБил», а также телевизионных драм Лоррэйн Сенны «Пресная вода» и Джеффа Блекнера «Цветы для Элджернона». Кроме того, Уильямс появилась в продолжении популярной криминальной теленовеллы «Закон и порядок» – «Преступное намерение». Вскоре ее пригласили в комедийную эпопею о работе одной больницы «Клиника» и утвердили на роль криминального психолога в сериале «Мыслить как преступник». В 2009 году Уильямс, обойдя нескольких конкуренток, вновь получила роль психолога в новом сериале телеканала «Fox», получившем название «Обмани меня». Несмотря на громкий старт и высокие рейтинги, канал все-таки закрыл проект после окончания третьего сезона в связи с резко упавшим интересом аудитории. К счастью, этот факт никак не отразился на дальнейшей карьере актрисы.
Келли Уильямс состоит в браке со сценаристом и продюсером Аджай Сахгалом. Супруги воспитывают троих детей.
