Po předchozích peripetiích ve Formuli 1 se Frank Williams rozhodl založit vlastní tým a učinil tak v roce 1977 spolu s Patrickem Headem. Tým měl na začátku 17 zaměstnanců a sídlil ve Station Road, Didcot (VB).
Svůj první vlastní vůz navržený Headem měl Williams až v roce 1978, nesl označení FW06. Vůz se celkem povedl a Alanu Jonesovi se s ním podařilo dojet ve Watkins Glen na druhém místě, celkový bodový zisk v sezóně činil 11 bodů. K prvnímu sponzoru Alibad se ze Saudské Arábie přidala společnost TAG.
Prvního vítězství v Grand Prix dosáhl Williams již v roce 1979 ve Velké Británii. Ve vedení byl sice dlouho Alan Jones, ale po selhání techniky ho na čele vystřídal druhý jezdec Williamsu Clay Regazzoni, kterému první místo již nikdo nevzal. Jones skončil v poháru jezdců na třetím místě.
V roce 1980 vyhrál Williams oba poháry, mistrem světa se stal Alan Jones, spolu s Carlosem Reutemannem získaly pro Williams i šampionát konstruktérů.
Další úspěch přišel v roce 1982 s Kekem Rosbergem, který se stal mistrem světa, i když za celou sezónu vyhrál jen jeden závod. Před začátkem sezóny 1986 utrpěl Frank Williams vážná zranění při automobilové nehodě, kvůli kterým jezdí dodnes na invalidním vozíku.
Tým se v roce 1986 semknul kolem Patricka Heada a monopost FW11 dominoval startovnímu poli. Williams získal další titul v konstruktérech, ale v jezdcích podlehli Nigel Mansell a Nelson Piquet Alainu Prostovi v McLarenu. V následujícím roce získal tým s Piquetem již oba tituly. Na další úspěchy si ale Williams musel počkat až do devadesátých let.
V roce 1990 si Williams najal Adriana Neweyho, což se brzy projevilo na výsledcích. V roce 1991 začali jezdci Williamsu znovu vítězit a rok později patřily oba tituly znovu do Grove, především díky mistru světa Nigelu Mansellovi. V roce 1993 se situace opakovala s Alainem Prostem.
Sezóna 1994 zůstane u Williamsu asi navždy ve znamení úmrtí Ayrtona Senny v Imole, i když se podařilo znovu zvítězit v poháru konstruktérů. Dominance Williamsu pokračovala zisky obou titulů v roce 1996 s Hillem a v roce 1997 s Jacquesem Villeneuvem.
V následujícím ročníku Williams doplatil na odchod dodavatele motorů Renaultu z F1 a nevyhrál ani jeden závod. Od roku 1999 nastala v šampionátu konstruktérů éra dominance Ferrari. Williams měl s motory BMW nejblíže k úspěchu v roce 2003, kdy skončil druhý. Od té doby šly výkony britského týmu dolů a po rozchodu s BMW přišla v roce 2006 jedna z nejhorších sezón v historii týmu, s motory Cosworth týmu patřilo s jedenácti body až osmé místo.
V roce 2007 začal Williams používat motory Toyota a celkově šla jeho forma nahoru. Tým podstatně vylepšil spolehlivost svých monopostů a na konci sezóny mu patřilo čtvrté místo.
Rok 2008 ovšem další postup nahoru nepřinesl. I když Nico Rosberg získal pro tým dvě pódiová umístění, velké výkyvy ve výkonnosti vozu FW31 znamenaly malý počet bodů a až osmé místo v poháru konstruktérů.
Sezóna 2009 přinesla jen mírné zlepšení, Williams se posunul o jednu pozici a v poháru konstruktérů skončil sedmý, ovšem nezískal ani jedno umístění na stupních vítězů. Na konci roku se rozešel s Toyotou a zvolil motory Cosworth.
V roce 2010 bojoval Williams se zcela novou jezdeckou dvojicí Barrichello - Hülkenberg. Vstup do sezóny se nevydařil, ale brazilský veterán výrazně pomohl s vývojem vozu, až nakonec Williams v posledním závodě porazil Force Indii a získal šesté místo v šampionátu. Vrcholem sezóny byla pole position Nica Hülkenberga v mokré brazilské kvalifikaci. Williams se ale s německým pilotem rozešel z finančních důvodů a angažoval Maldonada, jenž přivedl bohaté sponzory.
Sezóna 2011 byla pro Williams nejhorší v jeho historii. Slabý monopost nestačil na konkurenci a Williams byl s pouhými pěti body nejhorší z etablovaných týmů. To vedení stáje z Grove už nevydrželo a začalo s reorganizací. Odešel technický ředitel Sam Michael a přišli Mike Coughlan, Mark Gillan a Jason Sommerville. A motory Cosworth uvolnily pro rok 2012 místo francouzským agregátům od Renaultu.
Provedené změny se projevily poztiivně, Williams se odrazil ode dna a dokonce vyhrál GP Španělska. Jenomže jeho jezdci často chybovali, a tak tým v důsledku promarněného potenciálu skončil v šampionátu až osmý, polepšil si jen o jednu pozici. V roce 2013 neměl Williams už ani potenciál, takže jezdci neměli co využít či promarnit. Auto bylo pomalé a stáj z Grove zůstala s pouhými pěti body nejhorší z etablovaných týmů.