Билл Пэкстон вырос в Техасе. Его отец, Джон Лейн Пэкстон, уже работал актером, поэтому Билл уже в юности интересовался кинобизнесом.
В 18 лет его потянуло в большой город - в Лос-Анджелесе он нашел работу и подготовился к карьере актера. В конце концов, однако, он учился в Студии актерского мастерства в Нью-Йорке под руководством актрисы-ветерана Стеллы Адлер, и даже за это время он получил второстепенные роли, которые дали ему опыт работы перед камерой.
Билл Пэкстон также начал снимать собственные короткометражные фильмы и писать сценарии. Благодаря своей роли второго плана в научно-фантастическом фильме «Терминатор» режиссера Джеймса Кэмерона, он смог получить ряд ролей в фильмах Кэмерона в течение следующих нескольких лет и повысить свой авторитет. Он стал известен, среди прочего, благодаря ролям в фильмах «Правдивая ложь», «Аполлон 13», «Твистер» и популярной экранизации «Титаник». В 1997 году появился первый собственный фильм Билла Пакстона «Путешественник», над которым он работал вместе с Марком Уолбергом. Помимо того, что он одаренный актер, он также снял несколько собственных фильмов, таких как «Величайшая игра в его жизни» с Шайей Лабафом в главной роли.
Пакстон был недолго женат на Келли Роуэн и несколько лет спустя, в 1987 году, женился на Луизе Ньюбери.