Filmy:
* Žít a zemřít v L.A. (1985)
* Lovec (1986)
* Mlčení jehňátek (1991)
* Strach a hnus v Las Vegas (1998)
* Soutěžící (2000)
* Saltonské moře (2002)
* CSI:Miami (2002) - *Krátké vystoupení jako Gil Grissom*
* Dobrý pastýř (2006)
* Žlutý kapesník (2008)
* Dům u jezera (2006)
* Žena v okně (2021)
Televize:
* The Fall Guy (1981-1986) - *Opakující se role*
* CSI:Vyšetřování místa činu (2000-2015) - *Hlavní role jako Gil Grissom*
* Hunt:Unabomber (2017) - *V hlavní roli jako agent FBI Jim Fitzgerald*
* Vražda na prvním místě (2014-2016) - *V hlavní roli Terry English*
Jiné:
* The Pentagon Papers (1971) - *TV film*
* Zabití Randyho Webstera (1979) - *TV film*
* The Anderson Tapes (1971) - *TV film*
* Virginian (1963) - *TV seriál, 1 epizoda*
Poznámka: Toto není vyčerpávající seznam, ale zahrnuje některé z nejpozoruhodnějších projektů Williama Petersena. Více informací o jeho kompletní filmografii můžete najít na webech jako IMDb.