Avec sa soeur Serena (elles se sont affrontées 23 fois en carrière dans un tournoi WTA ; 10 victoires pour Venus), elle fait partie de l'élite mondiale. Elle est la joueuse la plus titrée en activité avec 43 titres en simple (sur 63 finales disputées) dont 7 en Grand Chelem. Victorieuse à l'US Open en 2000 et 2001 (finaliste en 1997 et 2002) et à Wimbledon en 2000, 2001, 2005, 2007 et 2008 (finaliste en 2002, 2003 et 2009). Egalement finaliste à Roland Garros en 2002 et à l'Open d'Australie en 2003. En novembre 2008, elle gagne son premier Masters (finaliste en 2009 contre sa soeur Serena). Elle a disputé huit finales en tournoi du Grand Chelem face à sa soeur cadette Serena  : Australie en 2003, Roland Garros en 2002, Wimbledon en 2002, 2003, 2008 et 2009 et US Open en 2001 et 2002.

Victorieuse de 19 tournois en double dont 12 du Grand Chelem associée à  Serena (Roland Garros en 1999 et 2010, l'US Open en 1999 et 2009 ; Wimbledon en 2000, 2002, 2008 et 2009; l'Open d'Australie en 2001, 2003, 2009 et 2010). Victorieuses à Wimbledon et à l'US Open en 2009, puis à l'Open d'Australie en début d'année, les Williams ont réussi ce que l'on nomme le "Grand Chelem sur deux ans".

Elles sont la troisième paire à signer pareil exploit après leurs compatriotes Martina Navratilova et Pam Shriver s (en 1983-1984) et le couple américain-russe Gigi Fernandez et Natasha Zvereva (en 1992-1993).

Victorieuse du double mixte à l'Open d'Australie et à Roland Garros en 1998 (avec Justin Gimelstob). N°1 mondiale pendant 11 semaines entre février et juillet 2002 (c'est sa soeur Serena qui lui a succédé). Championne olympique en simple en 2000 et en double (avec Serena) en 2000 et 2008. Victorieuse de la Coupe du Grand Chelem en 1998 (finaliste en 1999) et de la Fed Cup en 1999. Sacrée championne du monde en double avec Serena en 2009 avec trois succès en Grand Chelem (Australie, Wimbledon et US Open).  

Elle possède l'un des services les plus rapides au monde pour une femme : 208 km/h à Wimbledon en 2008, 207 km/h (129 mph) à l'US Open 2007. Elle avait déjà réalisé un service chronométré à 204 km/h en 1998, à l'âge de 18 ans seulement. Comme sa soeur Serena, elle fait partie des athlètes féminines les plus riches qui a accumulé 27,3 millions $ en carrière.