Né le 21 septembre 1950 à Wilmette dans l'Illinois, William James Murray est le cinquième de neuf enfants parmi lesquels on trouve les acteurs John Murray, Joel Murray et Brian Doyle-Murray. Comme la plupart de ses frères, il passe une partie de sa jeunesse à bosser comme caddie sur les terrains de golf pour payer ses études. Ils en retirent un goût pour ce sport qui explique par exemple la présence de Brian et lui au générique du Golf en folie en 1980.
Dans les années 70, il rejoint l'équipe de la National Lampoon Radio Hour où il rencontre Dan Aykroyd et John Belushi, qu'il retrouvera peu de temps après dans les premières heures du Saturday Night Live à la télévision. Dans les années 80, 
Années 80la fine équipe fait plusieurs incursions au cinéma : Bill Murray joue ainsi dans Arrête de ramer, t'es sur le sable de Ivan Reitman (Meatballs, 1979), Le golf en folie de Harold Ramis (Caddyshack, 1980) et Les bleus de Ivan Reitman (Stripes, 1981). En 1980, il jouait également dans Where the buffalo Roam, inédit en France, où il interprétait Hunter Thompson près de 20 ans avant Johnny Depp dans Las Vegas Parano...
La gloire vient en 1984, avec la comédie fantastique SOS Fantômes (Ghostbusters) écrite par le duo Harold Ramis-Dan Aykroyd et réalisé par Ivan Reitman. Murray y interprète le cynique Peter Venkman aux côtés de Ramis et Aykroyd qui campent deux illuminés chasseurs de fantômes. Le film est un tel triomphe qu'il génère une suite en 1989, et Murray retrouve Harold Ramis pour le mythique Un jour sans fin en 1992, comédie fantastique romantique où il partage l'affiche avec Andie McDowell.
Au cours des années 90, Bill Murray est essentiellement un second rôle prestigieux ou une guest star cocasse (pour Tim Burton, les frères Farrelly ou la 
Années 2000meringue Charlie et ses drôles de dames en 2000), mais on le voit tout de même en haut de l'affiche de Mad dog and glory (1993, avec Robert De Niro et Uma Thurman), et de la petite comédie L'homme qui en savait trop peu (1997).
Dans les années 2000, il prend un coup de vieux physiquement (ses cheveux blanchissent) et il se tourne vers des réalisateurs au ton décalé et indépendant comme Wes Anderson (Rushmore en 1998, La famille Tenenbaum en 2001, La vie aquatique en 2004 où il tient le premier rôle, A bord du Darjeeling Limited en 2007), Sofia Coppola (Lost in Translation qui remet l'acteur sur le devant de la scène en 2003) ou Jim Jarmusch (Coffee and cigarettes en 2004, Broken Flowers en 2005, The Limits of Control en 2009). Il se fait également une spécialité des apparitions fugaces (Max la Menace en 2008, Bienvenue à Zombieland en 2009).
Un projet de Ghostbusters 3 prévu pour 2012 semble impliquer qu'il revienne à son rôle de Dr. Venkman. Qui vivra verra...

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