Lily Williams comenzó su carrera ciclista compitiendo en ciclocross en Chicago después de cuatro años como corredora D1. Ganó su primera carrera profesional en carretera en 2017 y firmó su primer contrato profesional en carretera en 2018 con Hagens Berman | Supermint, ganando ocho carreras en su temporada de novata. También obtuvo dos resultados entre los diez primeros en ciclocross nacionales en 2018. En 2019 hizo el cambio al ciclismo en pista y en 2020 formó parte del equipo de persecución por equipos ganador del campeonato mundial en Berlín. Ahora está en su segundo año en Rally Cycling y ha sido seleccionada para el equipo olímpico de Tokio en la persecución por equipos. También es directora de comunicaciones de Bike Index, una organización sin fines de lucro 501(c)(3).