Билл Плимптон родился и вырос в Портленде, штат Орегон. Окончил Университет Орегона по специальности «Графический дизайн». В 1968 году он переехал в Нью-Йорк, где создавал иллюстрации и комиксы для таких изданий как New York Times, National Lampoon, Playboy и Screw. В 1987 году был номинирован на премию «Оскар» за анимационный короткометражный фильм «Твое лицо» (Your Face). В 2005 году Плимптон снова выдвинут на «Оскар» — в этот раз за короткометражную работу «Сторожевой пес» (Guard Dog). Его мультфильм «Придется туго» (Push Comes to Shove) получил «Золотую пальмовую ветвь» Каннского фестиваля (1991), а в 2001 году другой короткометражный фильм Билла «Ешь» (Eat) получил Гран-при конкурса «Неделя критики» Каннского фестиваля в номинации «Короткий метр».

Создав множество короткометражных фильмов, которые транслировались на MTV, а также были показаны на фестивале Spike and Mike's, Плимптон начал заниматься производством полнометражных фильмов. С 1991 года он выпустил десять фильмов, семь из которых — «Мотивчик» (The Tune), Mondo Plympton, «Я вышла замуж за странную личность» (I Married A Strange Person), «Мутанты-пришельцы» (Mutant Aliens), «Волосы дыбом (Hair High), «Идиоты и ангелы» (Idiots and Angels), Cheatin' — полностью анимационные.

Билл Плимптон сотрудничал с Канье Уэстом, Мадонной и «Странным Элом» Янковичем, снимал музыкальные клипы и принимал участие в выпуске книг. В 2006 году он получил премию имени Уинзора Маккея за прижизненные достижения (в рамках премии «Энни»).