Williams tuli tunnetuksi vuonna 1997, jolloin hän selviytyi Yhdysvaltain avoimissa loppuotteluun. Tuolloin Martina Hingis oli vielä häntä parempi. Lopullinen läpimurto tapahtui vuonna 2000, jolloin hän voitti Wimbledonin ja Yhdysvaltain avoimet. Hän voitti myös Sydneyn olympialaisissa kaksi olympiakultaa, kaksinpelistä ja nelinpelistä. Kaksinpelin finaalissa hän voitti Venäjän Jelena Dementjevan ja nelinpelissä hänen parinaan pelasi hänen pikkusiskonsa Serena. Hän voitti myös seuraavana vuonna Wimbledonin ja Yhdysvaltain avoimet. Wimbledonin hän voitti myös vuosina 2005, 2007 ja 2008 sekä hävisi loppuottelun vuosina 2002 ja 2003. Ranskan avoimissa Williams on päässyt finaaliin vuonna 2002 ja Australian avoimissa vuonna 2003. Kaikissa Venus Williamsin tappioon 2000-luvulla päättyneissä Grand Slam -finaaleissa voittaja on ollut Serena Williams.
Venus Williams nousi maailmanlistan ykköseksi ensimmäisen kerran 25. helmikuuta2002 ja oli listan kärjessä kolmeen otteeseen yhteensä 11 viikon ajan. Nelinpelaajana hän on Serena-siskonsa kanssa voittanut Ranskan ja Yhdysvaltain avoimet vuonna 1999, Wimbledonin vuosina 2000, 2002 ja 2008 sekä Australian avoimet vuosina 2001 ja 2003. Sekanelinpelissä hän voitti Justin Gimelstobin parina Australian ja Ranskan avoimet mestaruudet vuonna 1998.
Venus Williams on voittanut 45 WTA-kaksinpeliturnausta. Viimeisin voitto on helmikuulta 2014 Dubaissa käydystä turnauksesta, jonka loppuottelussa hän voitti Alizé Cornetin.
Vuoden 2009 Ranskan avoimissa Venus Williams putosi kolmannella kierroksella hävittyään suoraan kahdessa erässä unkarilaiselle Ágnes Szávayille.[2]
Wimbledonin vuoden 2009 turnauksessa Williams eteni naisten kaksinpelissä loppuotteluun, jossa hän kohtasi siskonsa Serena Williamsin.[3] Sisarukset kohtasivat Wimbledonin loppuottelussa neljännen kerran urallaan.[3] Venus hävisi loppuottelun suoraan kahdessa erässä.[4]
