Bill Pullman empezó a actuar profesionalmente en el teatro de Nueva York en 1983 y, poco después, empezó una carrera en el cine que cuenta con más de 70 largometrajes y varias series de televisión.

Pullman fue grabado para el documental The Fruit Hunters (estrenado en mayo de 2013), actuó en la obra de Beth Henley The Jacksonian (con Ed Harris, Amy Madigan y Glenne Headley) y apareció en la película del director Cherien Dabis May in the Summer.

Sus trabajos más recientes en el teatro han sido la obra de Broadway The Other Place, coprotagonizada por Laurie Metcalf, así como el estreno de la obra sin guionistas Healing Wars en el Arena Stage, la obra de The New Group Sticks and Bones y la producción bilingüe de Otelo en el Teatro Nacional de Bergen en Noruega.

Otros de sus trabajos en el teatro incluyen el estreno mundial en Broadway de la obra de Edward Albee La cabra o ¿quién es Sylvia (nominación al Drama Desk) y la producción de Kennedy Center de The Subject Was Roses (nominación al premio Helen Hayes).

Entre sus películas se encuentran exitosas comedias (¡Por favor, maten a mi mujer!, La loca historia de las galaxias, Casper), dramas (La serpiente y el arco iris, El turista accidental, La gran caída de Igby), comedias románticas (Algo para recordar, Mientras dormías), películas de acción (Independence Day), thrillers (Malicia), westerns (El virginiano, Wyatt Earp), cine negro (La última seducción, Carretera perdida, El efecto cero), cine de terror (El grito) y dos miniseries de televisión (Revelations - El fin de los tiempos y Torchwood). Entre las películas más recientes de Pullman se encuentran American Ultra y Brother in Laws.

Por otro lado, dirigió y produjo la película de TNT El virginiano (premio Wrangler a la mejor película en 2002). Además, escribió y dirigió la obra Expedition 6, que fue representada en el Kennedy Center, Baltimore Theatre Project y en el Magic Theatre de San Francisco.