Уолтер Брюс Уиллис родился в Идар-Оберштайне (Западная Германия) в семье американского солдата и немки. Окончив в 1957 году военную службу, его отец перевёз жену и ребёнка домой в Нью-Джерси. В детстве Уиллис страдал от заикания и записался в школьный театральный кружок, обнаружив, что участие в постановках помогало ему в борьбе с дефектом. В конце 1970-х он работал охранником и частным детективом, а затем поступил в Монклерский государственный университет, но переехал в Нью-Йорк, не закончив обучение. Там Уиллис работал барменом и несколько лет исполнял ведущие и второстепенные роли в театральных постановках вне Бродвея. В 1984 году он перебрался в Калифорнию, где сыграл в эпизоде «Полиции Майами» и выиграл главную мужскую роль в телесериале «Детективное агентство "Лунный свет"» (1985-1989), которая принесла ему «Эмми» и «Золотой глобус».
«Лунный свет» закрепил за Уиллисом репутацию комика, и его первой значительной работой в кино стала главная роль в романтической комедии «Свидание вслепую» (1987). Тем не менее, кинозвездой его сделал боевик «Крепкий орешек» (1988), собравший $138 млн в мировом прокате и быстро вошедший в золотой фонд жанрового и не только кинематографа. Невезучий, уязвимый, саркастический полицейский Джон Маклейн, резко отличавшийся от непобедимых героев боевиков 80-х, был вновь сыгран Уиллисом в четырёх сиквелах, вышедших в 1990, 1995, 2007 и 2013 годах, и остаётся самым популярным персонажем актёра, несмотря на то, что по дороге он всё-таки превратился в сверхчеловека, волей сценаристов преодолевающего самые невероятные препятствия.
На протяжении четырёх лет после «Крепкого орешка 2» единственными успешными фильмами актёра были боевик «Последний бойскаут» (1991) и чёрная комедия «Смерть ей к лицу» (1992); в контрасте с этим, ленты «Костёр тщеславия» (1990), «Билли Батгейт» (1991), «Гудзонский ястреб» (1991), «На расстоянии удара» (1993) и «Цвет ночи» (1994) потерпели неудачу либо с треском провалились в прокате. Уиллис остановил своё падение, согласившись сыграть в «Криминальном чтиве» Квентина Тарантино за многократно урезанный гонорар. Фильм стал одним из самых громких релизов 1994 года, собрал свыше $200 млн в мировом прокате и вернул актёру звёздный статус. В 1995 году он сыграл главные роли в двух тепло принятых фильмах — «Крепком орешке 3» и научно-фантастической драме Терри Гиллиама «12 обезьян».
Вслед за этим в карьере Уиллиса наметился очередной спад: нео-вестерн «Герой-одиночка» (1996) и триллеры «Шакал» (1997) и «Меркурий в опасности» (1998) не имели успеха ни у критиков, ни у зрителей, а «Пятый элемент» (1997) полюбился международному зрителю, но не стал заметным хитом в США. Курс актёру помогли сменить «Армагеддон», ставший самым кассовым фильмом 1998 года в мировом прокате, и мистическая драма М. Найта Шьямалана «Шестое чувство» (1999), вопреки всем ожиданиям собравшая $672 млн в мировом прокате и по сей день сохраняющая звание самого успешного фильма Уиллиса.
В 2000 году актёр исполнил главные роли в комедии «Девять ярдов», семейном фильме «Малыш» и супергеройской драме Шьямалана «Неуязвимый», все они имели успех у зрителей, а также выиграл «Эмми» за свою работу в шестом сезоне сериала «Друзья». Последовавшие за этим фильмы «Бандиты» (2001), «Война Харта» (2002), «Слёзы солнца» (2003), «Десять ярдов» (2004) и «Заложник» (2005) потерпели неудачу в прокате. Уиллиса выручила роль Хартигана в стилизованном кинокомиксе Роберта Родригеса «Город грехов» (2005), за которой, впрочем, вновь последовала череда неудач — «16 кварталов» (2006), «Счастливое число Слевина» (2006), «Идеальный незнакомец» (2007), «Однажды в Голливуде» (2008) и «Суррогаты» (2009) — разбавленная лишь четвёртым «Крепким орешком».
С 1987 по 2000 годы Уиллис был женат на актрисе Деми Мур. У них родились три дочери — Румер Гленн Уиллис, сыгравшая с отцом в «Заложнике», Скаут ЛаРу Уиллис и Талула Белль Уиллис. Актёр и его бывшая супруга продолжают сохранять дружеские отношения и деловые связи. С 2009 года Уиллис женат на модели Эмме Хеминг. У них две дочери — Мэйбел Рэй Уиллис и Эвелин Пенн Уиллис.
