Med filmen "Good Morning Vietnam" (1987) begyndte folk at få øjnene op for det spirende skuespiltalent som Robin Williams besad. 

Før Robin Williams påbegyndte sin karriere inden for spillefilm, medvirkede han blandt andet i ABC's kommedieserie  "Mork & Mindy"  (1978-1982)

I "Døde poeters klub" ser vi Robin Williams i en noget mere alvorlig rolle. Som faderfigur for de unge på den strenge og disciplinerede drengekostskole, lærer han dem betydningen af sammenhold, venskab og det at finde sin sande identitet.  

I "Hook", Steven Spielbergs udgave af tegnefilmen Peter Pan (1991) skildrer Robin Williams på humoristisk vis rollen som den nu voksne, og noget eventyrforladte Peter Pan, som genfinder glæden ved Ønskeøen. 

Robin Williams prøver med tegnefilmen Aladdin (1992) kræfter med en helt ny boldgade. Han lægger her stemme til den elskelige lampeånd Genie. 

Robin Williams skuespiltalent bliver med filmen "Mrs. Doubtfire" (1993) kun understreget. Han spiller en væsentlig rolle i denne, idet han både optræder i rollen, som kollegaen Sally Fields eksmand samt den selvomfundne karakter, den favnende husholderske Mrs. Doubtfire. 

Robin Williams spiller i filmen "Jumanji" (1995) karakteren Alan Parrish, en mand som har været fanget i brætspillet - af samme navn - i 26 år. 

I "Good Will Hunting" (1997) er Robin Williams sideløbende med Matt Damon, filmes drivkraft. Han vandt en Oscar for sin birolle, som den dybe og vidende, tidligere  krigsveteran, Sean Maguire. 

1997 var et yderst produktivt år for Robin Williamsen. Foruden "Good Will Hunting" medvirkede han også i komedien "Flubber" hvor han spillede en lettere distræt videnskabsmand, som opdager Flubber - en mystisk superfleksibel substans. 

I "One Hour Photo" (2002) spiller Robin Williams over for danske Connie Nielsen. Han kan her opleves i rollen som den ensomme fotofremkalder, som bliver sygeligt besat af en forstadsfamilie, og igennem deres filmruller begynder at føle sig som en reel del af deres liv. 

I "Insomnia" (2002) spiller Robin Williams rollen som Walter Finch, den på overfladen, rolige og dydige forfatter, som i det skjulte gemmer på voldsomme aggressioner. 

Nogle af de nyere film, som Robin Williams nåede at blive krediteret for, er "Nat på museet" (2006) samt "Nat på museet 2" (2009) Han kan endnu engang opleves i en komisk rolle. Her som den tidligere amerikanske præsident, den historiske Theodore Roosevelt.