Bill začínal jako pomocný výtvarník u filmů legendárního producenta a režiséra Rogera Cormana. Vystudoval herectví u Stelly Adlerové a své režisérské ambice začal naplňovat už před Lovcem démonů v krátkých snímcích Fish Heads a Scoop. Herecky debutoval v roce 1981 ve filmu Stripes, který byl u nás uveden na videu.

V českých kinech jsme ho poprvé mohli vidět v proslulé sci-fi Jamese Camerona Terminátor (1984), kde si zahrál po boku Arnolda Schwarzeneggera, stejně jako o rok později v Komandu. Cameron ho obsadil i do svých Vetřelců (1986). Svůj zájem o temně laděné akční sci-fi prohloubil účinkováním v Predátorovi II (1990). Objevil se i ve svérázném režijním debutu dcery Davida Lynche, Jennifer Chambers Lynchové, nazvaném Helena v krabici (1992) a - znovu po Schwarzeneggerově boku - ve špiónském dobrodružství Pravdivé lži (1994).

Viděli jsme ho však i v Operaci Monolit (1993), westernu Tombstone (1993), kde si zahrál s Powersem Boothem, kosmickém dobrodružství Rona Howarda Apollo 13 (1995), kde ztvárnil part astronauta Freda Haise, v hlavní roli tornádového thrilleru Twister (1996), melodramatické Večernici (1996) a ve velkofilmu Titanic (1997), kde se v roli novodobého piráta Brocka Lovetta opět sešel se svým oblíbeným režisérem Jamesem Cameronem.

V poslední době zaujal v jímavém gorilím příběhu Velký Joe (1998) či ve vysokohorském thrilleru Vertical Limit (2000). Ve válečném dramatu Ponorka U-571 (2000) si zahrál po boku Matthewa McConaugheyho a Derka Cheetwooda, které vzápětí obsadil do Lovce démonů. Nejnověji jsme Paxtona mohli vidět ve špiónské komedii Ostrov ztracených snů - Spy Kids 2, kde si opět zahrál s talentovaným Matthewem O'Learym, kterého herecky objevil.