Filmovi:
* Živjeti i umrijeti u L.A. (1985)
* Lovac na ljude (1986)
* The Silence of the Lambs (1991)
* Strah i prijezir u Las Vegasu (1998)
* Natjecatelj (2000)
* More Salton (2002)
* CSI:Miami (2002) - *Kratko pojavljivanje kao Gil Grissom*
* Dobri pastir (2006)
* Žuti rupčić (2008)
* Kuća na jezeru (2006)
* Žena u prozoru (2021.)
Televizija:
* The Fall Guy (1981.-1986.) - *Ponavljajuća uloga*
* CSI:Istraga na mjestu zločina (2000.-2015.) - *Glavna uloga Gil Grissom*
* Manhunt:Unabomber (2017) - *Glavna uloga FBI agenta Jima Fitzgeralda*
* Ubojstvo na početku (2014.-2016.) - *Glavna uloga Terryja Englisha*
Ostalo:
* Papiri Pentagona (1971) - *TV film*
* Ubojstvo Randyja Webstera (1979) - *TV film*
* Vrpce Anderson (1971) - *TV film*
* The Virginian (1963) - *TV serija, 1 epizoda*
Napomena: Ovo nije iscrpan popis, ali uključuje neke od najznačajnijih projekata Williama Petersena. Više informacija o njegovoj kompletnoj filmografiji možete pronaći na web stranicama kao što je IMDb.