Nadat hij Take That had verlaten, was Williams eerste plaat het nummer "Freedom", dat was geschreven door George Michael. Zijn eerste album heette "Life Thru a Lens". Het werd voor het eerst verkocht in september 1997. In deze tijd had Williams veel problemen met alcohol en depressies. "Angels", een nummer van zijn eerste album, werd zijn bekendste nummer. Omdat "Angels" zo'n succes was, werd het album "Life Thru a Lens" veel populairder, en hij verkocht er meer dan drie miljoen exemplaren van in Europa.
Williams schreef "Millennium", een nummer gebaseerd op de muziek uit de James Bond films, voor zijn tweede album, "I've Been Expecting You". "Millennium" werd zijn eerste nummer één in de hitlijsten. Twee andere nummers van hetzelfde album, "No Regrets" (dat Williams schreef met Neil Tennant en Neil Hannon) en "Strong", waren beide succesvol in het Verenigd Koninkrijk. Een ander nummer van dit album, "She's The One", werd ook een nummer één nummer.
Williams was niet erg succesvol buiten Europa tot hij het album "Sing When You're Winning" maakte, dat in augustus 2000 voor het eerst werd verkocht. Het nummer "Rock DJ" won vele prijzen: zo werd het uitgeroepen tot "Best Single (song) Of The Year" op de BRIT Awards, en MTV gaf Robbie Williams een award voor de speciale effecten in de video. In deze tijd nam Robbie Williams een duet op, "Kids", met Kylie Minogue. Veel van zijn nummers, zoals "Supreme" en "Better Man", werden populair in veel verschillende landen.
In 2001 nam Williams covers (kopieën) op van verschillende nummers die eerder door Frank Sinatra waren uitgevoerd. Een van deze nummers was een duet met Nicole Kidman, genaamd "Somethin' Stupid". Later in 2001 begon hij met de verkoop van het album "Swing When You're Winning". Het album werd zeer snel succesvol. In totaal verkocht hij 7 miljoen exemplaren. Een nummer van het album, "Beyond the Sea", werd gebruikt aan het eind van de film "Finding Nemo". In deze tijd nam hij ook een nummer op dat hij had geschreven, "Eternity", maar dat op geen enkel album stond. Het was zeer succesvol en werd een nummer één nummer.
In 2002 tekende Williams een contract waarin stond dat hij voor het bedrijf EMI zou gaan werken. Hij werkte een jaar lang aan zijn volgende album, "Escapology". Veel mensen vinden dat "Escapology" anders was dan Williams' eerdere muziek. Het album was zeer succesvol in Europa, maar het was niet zo succesvol in Amerika. Voor de video van het nummer "Something Beautiful" schreef Robbie een wedstrijd uit. De winnaar van de wedstrijd deed alsof hij Williams was in de video. Uiteindelijk koos hij drie winnaars, dus maakte hij drie verschillende video's voor het nummer.
In 2004 bracht Williams zijn populairste nummers samen. Hij noemde deze verzameling "Greatest Hits". Er stonden ook enkele nieuwe nummers op dit album, bijvoorbeeld "Radio".
In februari 2005 vroeg de tv-show BRIT Awards de mensen te stemmen voor het antwoord op de vraag "Wat was het beste liedje tussen 1980 en 2005?" De winnaar was "Angels" van Williams.
In oktober 2005 werd Williams zesde album, "Intensive Care", voor het eerst verkocht. Williams en Steven Duffy schreven de nummers voor dit album. In deze tijd gingen vier van de zangers van Take That naar Londen voor een tv-show. Ze vroegen Williams om mee te gaan, maar hij zei dat hij niet met hen mee wilde naar Londen. De krant The Sunday Mirror zei dat de andere zangers "gutted" (zeer ongelukkig en teleurgesteld) waren omdat Williams niet wilde komen.
In 2006 begon Williams op te treden tijdens concerten over de hele wereld. Hij nam een nieuw nummer op, "Rudebox", dat heel anders was dan zijn andere nummers. Veel mensen vonden het maar niets, en de krant The Sun zei dat "Rudebox" "het slechtste nummer ooit" was. Het liedje was vrij succesvol, maar van het album, dat ook "Rudebox" heette, werden minder exemplaren verkocht dan van de andere albums van Williams.
Williams werkte samen met Guy Chambers en Mark Ronson voor zijn volgende album, Reality Killed the Video Star. Het album werd op 9 november 2009 uitgebracht in het Verenigd Koninkrijk.
Op 11 oktober 2009 bracht Williams een 12 tracks tellend compilatiealbum uit, getiteld Songbook. Het was een gratis cd voor de krant The Mail on Sunday. De cd is een eenmalig album met enkele van zijn grootste hits - inclusief enkele zeldzame live-optredens.
In oktober 2010 bracht Williams zijn tweede greatest hits album uit, In and Out of Consciousness: The Greatest Hits 1990-2010, om zijn 20-jarig artiestenbestaan te vieren.
In juni 2011 zei Robbie Williams dat hij met Gary Barlow werkte aan een nieuw soloalbum.
Hij was de openingsact op het diamanten jubileumconcert dat op 4 juni 2012 buiten Buckingham Palace werd gehouden.
Williams' negende album Take the Crown kwam uit op 5 november 2012.
Op 15 november 2013 verscheen Williams tiende album Swings Both Ways.
