По окончании школы учился в техническом колледже, но увлекся театром и позже поступил в университет штата Нью-Йорк в Онеонте, закончив его со степенью бакалавра по театральному искусству. Затем он учился режиссуре в университете штата Массачусетс в Амхерсте, где получил степень магистра. Потом Пуллман работал преподавателем в театре университета штата Монтана.
Несмотря на то, что в возрасте 27 лет он уже заведовал кафедрой, Пуллман решает перебраться в Нью-Йорк, чтобы продолжить свою актерскую карьеру.
Пуллман продюсировал собственные театральные пьесы и читал лекции в Университете штата Монтана. Театральный дебют Пуллмана состоялся в Нью-Йорке. Он много играл на Бродвее.
В течение четырех лет Билл Пуллман успешно играл в нескольких театрах, в том числе в театре "Фолджер" в Вашингтоне.
В 1986 году переехал в Лос-Анджелес, где играл в театре "Los Angeles Theatre Center". В том же году он пробует себя в кино, снявшись в комедии "Безжалостные люди".
После переезда в Лос-Анджелес Пуллман продолжал работать в театре до 1987 г., когда Мэл Брукс пригласил его на роль в научно-фантастическом фильме-пародии «Космические яйца», ставшим переломным в актёрской карьере Пуллмана. За этой ролью последовал успех в фильмах «Турист поневоле», «Неспящие в Сиэттле», «Каспер».
Взлет актера начался в начале 90-х годов, после фильма "Пока ты спал", где его партнершей была Сандра Баллок. С тех пор Пуллман снялся более чем в двадцати фильмах, включая феерический научно-фантастический боевик Роланда Эммерих "День независимости" (1996), в котором он сыграл президента Томаса Уитмора, спасающего человечество от уничтожения инопланетянами.
С 1987 г. Билл Пуллман женат на Тамаре Хурвиц , у них трое детей: Майса, Джек и Луи.