Filmi:
* Živeti in umreti v L.A. (1985)
* Lovec na ljudi (1986)
* The Silence of the Lambs (1991)
* Strah in sovraštvo v Las Vegasu (1998)
* Tekmovalec (2000)
* Saltonsko morje (2002)
* CSI:Miami (2002) - *Kratek nastop kot Gil Grissom*
* Dobri pastir (2006)
* Rumeni robec (2008)
* Hiša ob jezeru (2006)
* Ženska v oknu (2021)
Televizija:
* The Fall Guy (1981-1986) - *Ponavljajoča se vloga*
* CSI:Preiskava na kraju zločina (2000-2015) - *Glavna vloga kot Gil Grissom*
* Manhunt:Unabomber (2017) - *Glavna vloga agenta FBI Jima Fitzgeralda*
* Umor na prvi pogled (2014-2016) - *Glavna vloga Terryja Englisha*
Drugo:
* Pentagonovi dokumenti (1971) - *TV film*
* Umor Randyja Websterja (1979) - *TV film*
* The Anderson Tapes (1971) - *TV film*
* The Virginian (1963) - *TV serija, 1 epizoda*
Opomba: To ni izčrpen seznam, vendar vključuje nekaj najbolj opaznih projektov Williama Petersena. Več informacij o njegovi celotni filmografiji najdete na spletnih mestih, kot je IMDb.