Nel 1971 si trasferisce a Chicago, dove fonda insieme a David Mamet la compagnia St. Nicholas Theater Company, recita a teatro in molte opere dell'amico e ottiene un ruolo in uno spot televisivo. Nel 1980 si sposta a New York. Durante la sua permanenza nella grande mela interpreta oltre cinquanta spettacoli Broadway e Off-Broadway. Uno dei suoi primi ruoli sul grande schermo è una tartaruga di nome Socrate nel film Il ragazzo che amava Trolls (1984). Interpreta un ruolo secondario in un episodio della serie General Hospital. Inoltre appare in numerosi film tra cui La casa dei giochi, Le cose cambiano, Homicide, Oleanna (riprendendo il ruolo già interpretato a teatro), Sesso & potere, Hollywood, Vermont. e Spartan.
Macy vanta anche un certo numero di ruoli in televisione, tra cui una comparsata in The Unit, dove interpreta il Presidente degli Stati Uniti e in sei episodi di Sports Night (per cui è candidato all'Emmy Award). Nel 2003 vince due Emmy Award, uno come miglior attore protagonista, e uno come co-sceneggiatore per il film La vera storia di Billy Porter, un film drammatico basato sulla storia vera di Bill Porter, venditore porta a porta di Portland, Oregon, nato con paralisi cerebrale. Il suo ruolo televisivo più famoso è nella serie televisiva E.R. - Medici in prima linea dove interpreta dal 1994 al 1998 il dottor David Morganstern.
Nel 2007 recita in Svalvolati on the road insieme a John Travolta, Tim Allen e Martin Lawrence, un film su uomini di mezza età che per rivivere la giovinezza perduta partono in sella alle loro Harley-Davidson da Cincinnati verso la California e il Nuovo Messico. Nel 2009 recita in The Maiden Heist - Colpo grosso al museo, una commedia dove è co-protagonista al fianco di Morgan Freeman e Christopher Walken. Nel 2010 è scritturato come protagonista della serie targata Showtime, Shameless dove interpreta la parte di un padre single alcolizzato. Dopo il successo riscosso, la serie è stata rinnovata fino all'undicesima stagione, e si è conclusa nel 2021. Per la sua interpretazione, Macy riceve il plauso della critica, ottenendo la candidatura al Premio Emmy nel 2014, 2015, 2016 e 2017 come Miglior attore protagonista in una serie commedia e vincendo lo Screen Actors Guild Award nel 2015, nel 2017 e nel 2018 come Migliore attore in una serie commedia.
Di fede luterana, il 6 settembre 1997 ha sposato, dopo 15 anni di fidanzamento, l'attrice Felicity Huffman. Hanno avuto due figlie: Sophia Grace (nata il 1º agosto 2000) e Georgia Grace (nata il 15 marzo 2002).
Nelle versioni in italiano delle opere in cui ha recitato, William H. Macy è stato doppiato da:
Luca Dal Fabbro in Cellular, Un uomo qualunque, Il mistero della pietra magica, The Maiden Heist - Colpo grosso al museo, The Lincoln Lawyer, Cake, The Dropout, Ti presento i suoceri , Il regno del pianeta delle scimmie
Sergio Di Giulio in E.R. - Medici in prima linea, A Civil Action, Natale con i Muppet, Seabiscuit - Un mito senza tempo, Edmond, The Unit
Antonio Sanna in Boogie Nights - L'altra Hollywood, Magnolia, Jurassic Park III, Thank You for Smoking, The Sessions - Gli incontri
Ambrogio Colombo in In cerca di Bobby Fischer, Psycho, Bobby, Sansone
Mino Caprio in Fargo, Sesso & potere, Room, Blood Father
Marco Mete in Le cose cambiano, Svalvolati on the road, Ricky Stanicky - L'amico immaginario
Nino Prester ne Il cliente, Air Force One, Happy, Texas
Fabrizio Pucci in Law & Order - I due volti della giustizia (ep. 2x17), Incubi e deliri
Eugenio Marinelli in L'isola dell'ingiustizia - Alcatraz, Mystery Men
Massimo Corvo in Giù le mani dal mio periscopio, Welcome to Collinwood
