Carriera professionistica Cleveland Browns Dopo non essere stato scelto nel Draft NFL 2014, Williams firmò con i Cleveland Browns Debuttò come professionista nella settimana 1 contro i Pittsburgh Steelers mettendo a segno 3 tackle nella sconfitta per 30–27. Nella sua stagione da rookie terminò con 38 tackle, 8 passaggi deviati e un sack in 13 presenze, di cui 4 come titolare. L'anno seguente fece registrare 39 tackle in altre 13 presenze. Nella pre-stagione 2016 ebbe delle divergenze con lo staff medico della squadra riguardo ad un infortunio a una caviglia che richiese un intervento chirurgico e che portò alla fine i Browns a svincolarlo il 29 agosto. I Chicago Bears tentarono di assicurarsi le sue prestazioni ma l'affare non andò in porto dopo che Williams fallì un test fisico.
San Francisco 49ers Dopo avere perso l'intera stagione 2016, il 21 febbraio 2017 Williams firmò con i San Francisco 49ers. Il 24 dicembre 2017 mise a segno il primo intercetto in carriera ai danni di Blake Bortles dei Jacksonville Jaguars. Nel 2019 fece registrare i nuovi primati personali in intercetti (2) e fumble forzati (4). Il 2 febbraio 2020 partì come titolare nel Super Bowl LIV in cui mise a segno 6 tackle ma i 49ers furono sconfitti per 31-20 dai Kansas City Chiefs.
Denver Broncos Il 22 marzo 2022 Williams firmò con i Denver Broncos.
Palmarès National Football Conference Championship: 1 San Francisco 49ers: 2019
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