Orang yang lahir dengan sindrom Williams menunjukkan serangkaian gejala yang membedakan kondisi genetik ini dari kondisi serupa yang juga mengakibatkan perkembangan fisik dan mental yang tidak normal. Keramahan yang diucapkan, keterampilan bahasa yang tidak biasa, fitur wajah peri, dan kecenderungan untuk memiliki masalah kardiovaskular adalah gejala utama sindrom Williams. Bayi sindrom Williams mungkin memiliki kadar kalsium darah tinggi yang tidak normal yang mengakibatkan gejala mudah tersinggung yang menyerupai kolik. Gejala lain dari sindrom Williams termasuk masalah dengan menyusui dan makan, perkembangan gigi abnormal, pendengaran hiper-akut, dan masalah struktural dengan tulang dan otot. Mereka juga sering menghadapi tantangan dengan pembelajaran yang mencakup keterbelakangan mental dan gangguan defisit perhatian (ADD) yang menyebabkan mereka tertinggal dari rekan-rekan mereka dalam banyak fase perkembangan.
Ada berbagai karakteristik fisik yang membedakan seseorang dengan sindrom Williams dari orang lain. Gejala wajah sindrom Williams termasuk jembatan hidung yang sangat datar; hidung kecil yang terbalik; dan lipatan epicanthal pada kelopak mata, serta mulut terbuka dengan bibir besar dan tonjolan di jaringan kulit antara bibir atas dan hidung. Secara lahiriah, anak-anak dengan gejala sindrom Williams cenderung lebih pendek dari saudaranya dan memiliki jari-jari kecil yang bengkok dan dada yang cekung, sedangkan secara internal, mereka cenderung menunjukkan masalah pencernaan, terutama pada masa bayi, yang meliputi refluks, muntah, dan kolik. Mereka juga sering rabun jauh; telah salah bentuk, salah tempat. atau gigi yang hilang; berbagai masalah jantung dan pembuluh darah; dan rentan terhadap hernia inguinalis dan umbilikalis. Anak-anak sindrom Williams mungkin mendengar bahwa pada frekuensi tertentu mungkin hipersensitif, menyebabkan rasa sakit dan refleks yang mengejutkan.
Ciri-ciri kepribadian adalah gejala yang paling jelas dari sindrom Williams. Individu dengan kondisi tersebut menunjukkan tingkat sosialisasi yang tinggi dan sering menunjukkan keterampilan bahasa yang luar biasa saat mereka dewasa, meskipun mengalami keterlambatan dalam memperoleh bahasa di awal kehidupan. Biasanya sangat ramah, anak-anak sindrom Williams sering condong ke arah dan lebih berhubungan dengan orang dewasa dalam situasi sosial daripada rekan-rekan mereka. Mereka juga mengalami masalah dalam membuat koneksi visual-spasial dan menangani tugas-tugas yang melibatkan keterampilan motorik halus.
Tantangan intelektual terbesar yang dihadapi oleh mereka dengan sindrom Williams berkaitan dengan ketidakmampuan belajar, keterlambatan perkembangan, dan ADD. Perkembangan verbal dan fisik sering tertunda dan pencapaian perilaku seperti pelatihan toilet biasanya terjadi lebih lambat dibandingkan dengan rekan-rekan mereka. Mereka mudah teralihkan sebagai anak kecil, tetapi fokus terkadang membaik saat anak-anak sindrom Williams tumbuh dewasa. Sebagai orang dewasa dan remaja, mereka mungkin menunjukkan berbagai aset intelektual yang tidak biasa dan defisit. Orang dengan sindrom William sering memiliki ingatan jangka panjang yang sangat baik dan keterampilan sosial yang cukup halus.