Po odchodu z Take That byla Williamsovou první nahrávkou píseň "Freedom", kterou napsal George Michael. Jeho první album se jmenovalo "Life Thru a Lens". Poprvé se prodávalo v září 1997. V této době měl Williams mnoho problémů s alkoholem a depresemi. Píseň "Angels" z jeho prvního alba se stala jeho nejslavnější písní. Protože byla skladba "Angels" tak úspěšná, album "Life Thru a Lens" se stalo mnohem populárnějším a v Evropě se ho prodalo více než tři miliony kopií.
Pro své druhé album "I've Been Expecting You" napsal Williams píseň "Millennium", která byla založena na hudbě z filmů o Jamesi Bondovi. "Millennium" se stala jeho prvním číslem jedna v hitparádě. Další dvě písně z téhož alba, "No Regrets" (kterou Williams napsal společně s Neilem Tennantem a Neilem Hannonem) a "Strong", byly úspěšné ve Spojeném království. Další píseň z tohoto alba, "She's The One", se také stala číslem jedna.
Williams nebyl mimo Evropu příliš úspěšný, dokud nevydal album "Sing When You're Winning", které se poprvé prodávalo v srpnu 2000. Píseň "Rock DJ" získala řadu ocenění: například na BRIT Awards byla vyhlášena "nejlepším singlem (písní) roku" a MTV udělila Robbiemu Williamsovi cenu za speciální efekty ve videoklipu. V této době Robbie Williams nahrál duet "Kids" s Kylie Minogue. Mnoho jeho písní, například "Supreme" a "Better Man", se stalo populárními v mnoha různých zemích.
V roce 2001 Williams natočil coververze (kopie) několika písní, které dříve nazpíval Frank Sinatra. Jednou z těchto písní byl duet s Nicole Kidmanovou nazvaný "Somethin' Stupid". Později v roce 2001 začal prodávat album "Swing When You're Winning". Album se stalo velmi rychle úspěšným. Celkem se ho prodalo 7 milionů kopií. Píseň z alba, "Beyond the Sea", byla použita na konci filmu "Hledá se Nemo". V této době také nahrál píseň, kterou napsal, "Eternity", která se však na žádném albu neobjevila. Byla velmi úspěšná a stala se písní číslo jedna.
V roce 2002 podepsal Williams smlouvu, podle níž bude pracovat pro společnost EMI. Na svém dalším albu "Escapology" pracoval rok. Mnoho lidí si myslí, že "Escapology" se od Williamsovy dřívější hudby lišilo. Album bylo velmi úspěšné v Evropě, ale v Americe už tak úspěšné nebylo. Na videoklip k písni "Something Beautiful" uspořádal Robbie soutěž. Vítěz soutěže předstíral, že je v klipu Williams. Nakonec vybral tři vítěze, takže k písni natočil tři různé videoklipy.
V roce 2004 dal Williams dohromady své nejoblíbenější písně. Tuto kolekci nazval "Greatest Hits". Na tomto albu se objevilo i několik nových písní, například "Radio".
V únoru 2005 se v televizním pořadu BRIT Awards hlasovalo o odpovědi na otázku "Jaká byla nejlepší píseň v letech 1980 až 2005?". Vítězem se stala Williamsova píseň "Angels".
V říjnu 2005 bylo poprvé prodáno Williamsovo šesté album "Intensive Care". Písně pro toto album napsali Williams a Steven Duffy. V té době odjeli čtyři zpěváci z Take That do Londýna na televizní show. Požádali Williamse, aby jel s nimi, ale ten řekl, že s nimi do Londýna jet nechce. Noviny The Sunday Mirror napsaly, že ostatní zpěváci byli "gutted" (velmi nešťastní a zklamaní), protože Williams nechtěl přijet.
V roce 2006 začal Williams vystupovat na koncertech po celém světě. Nahrál svou novou píseň "Rudebox", která se od jeho ostatních písní velmi lišila. Mnoha lidem se nelíbila a noviny The Sun napsaly, že "Rudebox" je "nejhorší píseň všech dob". Píseň byla poměrně úspěšná, ale alba, které se také jmenovalo "Rudebox", se prodalo méně kopií než kteréhokoli jiného Williamsova alba.
Na svém dalším albu Reality Killed the Video Star Williams spolupracoval s Guyem Chambersem a Markem Ronsonem. Album vyšlo 9. listopadu 2009 ve Spojeném království.
11. října 2009 vydal Williams dvanáctiskladbové kompilační album s názvem Songbook. Bylo to bezplatné CD pro noviny The Mail on Sunday. CD je jednorázovým albem jeho největších hitů - včetně několika raritních živých vystoupení.
V říjnu 2010 vydal Williams své druhé album největších hitů In and Out of Consciousness: Na něm oslavil 20 let své umělecké kariéry a vydal album The Greatest Hits 1990-2010.
V červnu 2011 Robbie Williams prohlásil, že pracuje s Garym Barlowem na novém sólovém albu.
Byl předskokanem na koncertu k Diamantovému jubileu, který se konal 4. června 2012 před Buckinghamským palácem.
Williamsovo deváté album Take the Crown vyšlo 5. listopadu 2012.
15. listopadu 2013 vyšlo Williamsovo desáté album Swings Both Ways.
