Bill Paxton lahir pada 17 Mei 1955 di Fort Worth, Texas. Ia adalah anak dari Mary Lou (Gray) dan John Lane Paxton, seorang pengusaha dan aktor. Pada usia 18 tahun, ia pindah ke Los Angeles untuk memulai karier di industri film sebagai set dresser di perusahaan New World Pictures milik Roger Corman. Ia melakukan debut film pada tahun 1975 dalam film Crazy Mama, diarahkan oleh Jonathan Demme.

Setelah itu, Paxton pindah ke New York dan belajar akting di bawah Stella Adler di New York University. Ia mulai mendapatkan peran kecil, termasuk dalam film Stripes (1981). Ia juga menulis, menyutradarai, dan memproduksi film pendek yang mendapatkan penghargaan, seperti Barnes & Barnes: Fish Heads (1980) yang pernah ditayangkan di Saturday Night Live.

Peran pertamanya di film karya James Cameron adalah dalam The Terminator (1984). Ia terkenal karena memerankan Private Hudson di film Aliens (1986) dan sebagai Severen dalam Near Dark (1987). Selain itu, ia tampil di film Weird Science (1985) sebagai Chet, kakak Wyatt Donnelly yang sadis.

Pertumbuhan kariernya meningkat ketika mendapatkan peran utama dalam One False Move (1991). Ia kemudian bermain di film besar seperti Tombstone (1993), Apollo 13 (1995), dan True Lies (1994). Bill meninggal dunia pada 25 Februari 2017 di Los Angeles karena komplikasi pasca operasi jantung, di usia 61 tahun.