Woody Harrelson, Lebanon'da on yıl kaldı ve Lebanon High School'dan mezun olduktan sonra indiana'ya yerleşti. Burada Hanover College'da tiyatro sanatları, oyunculuk ve İngilizce eğitimi alarak 1983'te mezun oldu. Mezuniyetinin ardından New York'a taşınan Harrelson, senaryosunu Neil Simon'ın yazdığı bir Broadway yapımı olan Biloxi Blues'da rol aldı. Ayrıca The Zoo Story, Brooklyn Laundry, The Diviners ve The Boys Next Door gibi oyunlarda rol alan Harrelson, basketbol ile ilgili 2 On 2 adlı bir oyun yazdı.
1985 yılında saf barmen Woody Boyd karakterini canlandırdığı televizyon dizisiCheers'ta rol almaya başladı. Cheers'ın 8 yıl süren yayın hayatı, Harrelson'aAmerikan Komedi Ödülü'nün yanında beş dalda Emmy Ödülü adaylığı ve en iyi yardımcı erkek oyuncu dalında 1989 Emmy Ödülü'nü kazandırdı.
Sinema kariyerine 1986 yılında Goldie Hawn'nın da yer aldığı Wildcatsfilmindeki küçük bir rolle başlayan Woody Harrelson, daha sonra Wesley Snipes'la birlikte rol aldığı 1992 yapımı White Men Can't Jump adlı filmin gişedeki sürpriz başarısıyla iyi bir çıkış yakaladı. Brian De Palma'nın Casulties of War filminde ve 1991 yapımı Michael J. Fox'un Doc Hollywood'unda gösterdiği performanslarla Adrian Lyne'ın dikkatini çekti ve böylece 1993 yapımı,Demi Moore'u ve Robert Redford'u bir araya getiren Indecent Proposal'daki (Ahlaksız Teklif) fakir koca rolü Harrelson'a verildi. Bu film Woody Harrelson'a hem 1994 yılında en iyi öpücük dalında MTV Film Ödülü'nü kazandırdı hem deNatural Born Killers filminde oynamanın kapılarını açtı. Başrollerini Juliette Lewis ile birlikte paylaştığı ve Oliver Stone'un yönetmenliğini üstlendiği filmde, canlandırdığı Mickey Knox rolüne delice bir içtenlik ve muzur bir zeka katan Harrelson, bundan sonra hep deliliğe yatkın rollerde yer aldı ve başarıya ulaştı.Milos Forman'ın People vs. Larry Flynt adlı filminde Larry Flint'i oynayarakOscar ve Altın Küre'ye aday oldu. 1999'da Matthew Mcconaughey ile birlikteRon Howard'ın komedi filmi Ed TV'deki performansıyla seyircinin beğenisini kazanan Woody Harrelson, yine aynı yıl içinde Grass isimli, uyuşturucu hakkındaki bir belgeselin seslendirmesini yaptı. 2003 yapımı Anger Management'ta hayat kadınlığı yapan bir travestiyi canlandıran Amerikalı aktör, 2004 yılında ise After The Sunset adlı yapımda Stan adındaki FBI ajanını oynadı.
Oyun yazarı Neil Simon'ın kızı Nancy Simon'la 1985'te Tijuana'da ertesi gün boşanmak fikriyle evlenen ve 10 ay süren evliliklerini seks bağımlısı olduğunu iddia ederek sonlandıran Woody Harrelson, daha sonra 1990'dan beri birlikte olduğu eski asistanı Laura Louie ile 11 Ocak 1998'de evlendi. Çiftin bu evliliklerinden Deni Montana (5 Mart 1993 doğumlu), Zoe Giordano (22 Eylül 1996 doğumlu) ve Makani Ravello (3 Haziran 2006 doğumlu) adında üç kız çocukları var.
"Şiddet her zaman cinsel iştahımı kabartmıştır." diyen Woody Harrelson, bu özelliğini gizlemek gibi bir kaygısı olmadığını da canlandırdığı karakterlerle yeterince belli etti. 1990 yılında People Dergisi'nin Dünyanın en güzel elli insanı Listesi'ne seçilen Woody, birçok defa protestolarından dolayı göz altına alınan ateşli bir marijuana savunucusu.