Le premier superstar du cinéma occidental, le taciturne Hart était en réalité un acteur shakespearien de talent qui avait incarné Messala dans « Ben-Hur » à Broadway en 1899 avant de parcourir les terres de l'Ouest au cinéma. Grand admirateur du Vieux Ouest, Hart entretenait une amitié avec Wyatt Earp et Bat Masterson.
Sa carrière cinématographique débuta en 1914. Après deux rôles secondaires, il accéda à la célébrité en tenant le rôle principal du long métrage western « The Bargain », tourné sur location au Grand Canyon. Hart s'efforçait de rendre ses westerns réalistes en accordant une attention minutieuse aux costumes et aux accessoires. Bien qu'il puisse être distribué dans des rôles de méchant, il insufflait à tous ses personnages une certaine noblesse et intégrité.
Après avoir tourné des courts métrages westerns pour le producteur Thomas Ince, il rejoignit Famous Players-Lasky, qui fussionna avec Paramount Pictures en 1917. Chez Paramount, il tourna des westerns de long métrage percutants comme « Square Deal Sanderson » et « The Toll Gate ». Son étoile commença à pâlir au début des années 1920 quand le public se lassa de ses histoires de l'Ouest à caractère moralisateur. N'arrangeant pas sa carrière, son divorce en 1923 d'avec sa femme Winifred, qui l'accusait d'avoir eu deux enfants avec une autre femme.
Il tourna un dernier film en 1925, « Tumbleweeds », qu'il finança lui-même. En 1939, le film fut resssorti, cette fois avec un prologue mettant en scène Hart à 75 ans, filmé sur location à son ranch de Newhall, parlant de l'Ouest et de ses jours au cinéma. Il décéda en 1946 à l'âge de 81 ans. Sa maison et son ranch ont été transformés en William S. Hart Park à Newhall.
