Nato a Chicago, da madre svedese e padre afroamericano, Jesse si laurea a pieni voti presso la Temple University, con una specializzazione in African American Studies and Film & Media Arts. Durante gli anni del college, per mantenersi agli studi, intraprende una breve carriera come modello. Il debutto da attore televisivo avviene nel 2006, come guest star in un episodio della nota serie TV Law & Order, mentre esordisce sul grande schermo nel 2008, con una piccola parte nella divertente commedia 4 amiche e un paio di jeans 2, sequel di 4 amiche e un paio di jeans del 2005, in cui veste i panni di Leo, nuova fiamma sentimentale di Lena Kaligaris. Promettente attore di teatro, Williams lavora in due produzioni Off-Broadway, The American Dream e The Sandbox, entrambe portate in scena al Cherry Lane Theatre nel Greenwich Village di New York City. Nel 2009, recita nella pellicola di Antoine Fuqua Brooklyn’s Finest, accanto ad attori del calibro di Don Cheadle, Richard Gere, Ethan Hawke e Wesley Snipes. Sempre nello stesso anno, partecipa ad alcuni episodi del popolare serial Beyond the Break – Vite sull’onda e al video musicale Russian Roulette, successo della celebre pop star R&B Rihanna. Tra il 2009 e il 2010 entra nel cast della sesta stagione della famosissima serie TV Grey’s Anatomy, nel ruolo del Dr. Jackson Avery, personaggio che diventa fisso a partire dalla settima stagione. Oltre alla televisione, il promettente e poliedrico Jesse torna al cinema con l’horror di imminente uscita The Cabin in the Woods, diretto da Drew Goddard e scritto da quest’ultimo insieme a Joss Whedon.