Bill Paxton (gerçek adı William Archibald Paxton), aktör John Paxton'ın oğlu olarak Fort Worth, Teksas'ta doğdu.

Sinemaya ilgisi okul yıllarında arkadaşlarıyla amatör filmler çekerek başladı. On sekiz yaşındayken Paxton, Los Angeles'a taşındı ve üç yıl boyunca araba park ederek geçimini sağladı. Sonunda Roger Corman'ın 'New World Pictures' şirketinde kostüm görevlisi olarak iş bulmayı başardı ve 1975'te yönetmenliğini Jonathan Demme'nin yaptığı 'Crazy Mama' filminde küçük bir rol aldı.

Bu başarıdan cesaret alan Paxton, New York'a taşındı ve ünlü eğitmen Stella Adler'in gözetiminde New York Üniversitesi'nde oyunculuk eğitimi aldı. Los Angeles'a döndükten sonra Paxton, 1981-1986 yılları arasında 11 küçük rolde oynadı ve bu filmlerin çoğu ünlendi: 'Terminatör' (1984), 'Sokaklar Alev İçinde' (1984), 'Yaratık 2' (1986), 'Weird Science' (1985).

Aynı dönemde Paxton, senarist, yönetmen ve yapımcı olarak görev aldığı ödüllü iki kısa film çekti; televizyonda çalıştı ve 'Martini Ranch' adlı rock grubuyla bir albüm kaydetti; ayrıca 1982'de Londra'da tanıştığı Louise Newbury ile evlendi. 1986'dan (Yaratık 2'den sonra) ve 90'lı yıllar boyunca Bill Paxton, 'Avcı 2' (1990), 'Deniz Kuvvetleri SEAL Timi' (1990), 'One False Move' (1992) gibi yüksek bütçeli filmlerde dikkat çeken roller alarak oyunculuk statüsünü önemli ölçüde iyileştirdi. Aktörün popülaritesi, Jan de Bont'un 'Twister' filmindeki başrolü, 'Tombstone', 'True Lies' ve 'Apollo 13' filmlerindeki rolleriyle daha da arttı. Paxton ayrıca 1997-1998 yıllarının sansasyonu olan James Cameron'ın 'Titanic' filminde başlıca rollerden birinde göründü.