Bill Bixby spielte 1963 bis 1966 in der Serie Mein Onkel vom Mars den Reporter Tim O’Hara. Durch die Familienserie Eddies Vater (1969–1972) mit ihm in der Hauptrolle erlange er internationale Bekanntheit. Nachdem er 1973/74 in der eine Staffel umfassende Fernsehserie Der Magier Mordfälle gelöst hatte, erlangte er weltweite Bekanntheit durch die Fernsehserie Der unglaubliche Hulk, deren Pilotfilm 1977 erstmals in den USA ausgestrahlt wurde. Er spielte den Wissenschaftler Dr. David Bruce Banner. Von 1978 bis 1982 lief die Serie erfolgreich auf CBS. Nach der Absetzung der Serie 1982 wurde es relativ still um ihn.

Neben Hulk spielte er noch 1976 in der Miniserie Reich und Arm den Schriftsteller Willie Abbott, der die Jugendliebe der Hauptfigur Rudy Jordaches Julie Prescott heiratet. Als Regisseur inszenierte er die drei Fernsehfilme über Hulk, die nach dem Ende der Serie gedreht wurden. Von 1971 bis 1979 war er mit der Schauspielerin Brenda Benet (1945–1982) in erster Ehe verheiratet. Sie hatten einen gemeinsamen Sohn namens Christopher (* 1974), der 1981 überraschend an einer Halsinfektion starb. Bixby starb im Alter von 59 Jahren an Prostatakrebs. Sein letztes Interview gab er zwei Monate vor seinem Tod. Bixby war zuletzt in dritter Ehe verheiratet.