W pierwszym roku na uczelni Arizona, gdzie reprezentował barwy uczelnianej drużyny Wildcats, Williams zdobywał średnio 15,7 punktów na mecz[2]. Williams pokazał się z jeszcze lepszej strony w swoim drugim roku. Średnio zdobywał 19,5 punktów i 8,3 zbiórek na mecz. Williams został również wybrany Koszykarzem sezonu. 13 kwietnia 2011 roku, Williams ogłosił, że znajdzie się w Drafcie NBA 2011[3]. Został wybrany z drugim numerem przez Timberwolves. Podczas lokautu NBA, Derrick spędził lato kończąc studia[4]. W 2012 roku wziął udział w konkursie wsadów NBA. W jednym z dwóch zaprezentowanych wsadów wykonał windmill przez motocykl. Nie dało mu to jednak zwycięstwa.
26 listopada 2013, Williams został wytransferowany do Sacramento Kings w zamian za Luca Mbah a Moute[5]. W swoim debiucie w nowej drużynie, 29 listopada przeciwko Los Angeles Clippers, zdobył 12 punktów, 6 zbiórek i 4 asysty[6]. 9 grudnia 2013 Williams poprawił swój rekord kariery zdobywając 31 punktów w starciu z Dallas Mavericks[7].
29 grudnia 2017 zawarł kontrakt z chińskim Tianjin Ronggang Gold Lions[12]. W zespole Tianjin Ronggang Gold Lions notował średnio 20 punktów oraz 6,6 zbiórki na mecz.
9 marca 2018 podpisał 10-dniowy kontrakt z Los Angeles Lakers[13]. Po jego wygaśnięciu opuścił klub[14].
27 września 2018 dołączył do niemieckiego Bayernu Monachium[15].