ദീപക് പാണ്ഡ്യയുടെയും ബോണി പാണ്ഡ്യയുടെയും മകളായി 1965 സെപ്റ്റംബർ 19ന് ഓഹിയോവിലെ യൂക്ലിഡിലാണ് ആണ് സുനിതാ വില്യംസ് ജനിച്ചത്. അമേരിക്കൻ പൗരത്വമുള്ള സുനിത, പിതാവിലൂടെയും മാതാവിലൂടെയും യഥാക്രമം ഇപ്പോഴും ഇന്ത്യൻ-സ്ലൊവേനിയൻ വംശപാരമ്പര്യം പിന്തുടരുന്നു. മൈക്കേൽ ജെ. വില്യംസ് എന്ന പോലീസ് ഓഫീസറാണ് ഭർത്താവ് . ബഹിരാകാശയാത്രക്ക് നാസ തെരഞ്ഞെടുക്കുന്ന രണ്ടാമത്തെ ഇന്ത്യൻ വംശജയാണ് സുനിത വില്യംസ്. ആദ്യത്തേത് കല്പന ചൗള ആയിരുന്നു. സ്ലോവേനിയൻ വംശജ എന്ന നിലയിലും ഇവർക്ക് രണ്ടാം സ്ഥാനമാണുള്ളത്. എന്നാൽ മറ്റു പല കാര്യങ്ങളിലും ഇവർക്ക് ഒന്നാംസ്ഥാനമാണുള്ളത്.1987ൽ സുനിത വില്യംസ് യുനൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സ് നേവിയിൽ അവരുടെ ഔദ്യോഗിക ജീവിതം ആരംഭിച്ചു. ആറു മാസത്തെ നേവൽ സിസ്റ്റം കമാൻഡ് പദവിക്കു ശേഷം ബേസിക് ഡൈവിങ് ഓഫീസറായി. 1989ൽ നേവൽ അവിയേറ്ററായി. തുടർന്ന് പരിശീലനത്തിനായി ഹെലികോപ്റ്റർ കോംബാറ്റ് സപ്പോർട്ട് സ്ക്വാഡ്രൻ 3ൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു. പരിശീലനത്തിനു ശേഷം ഹെലികോപ്റ്റർ കോംബാറ്റ് സപ്പോർട്ട് സ്ക്വാർഡ്രൻ 8ൽ ചേരുകയും ഓപ്പറേഷൻ ഡിസേർട്ട് ഷീൽഡ്, ഓപ്പറേഷൻ പ്രൊവൈഡ് കംഫർട്ട് എന്നിവയിൽ പങ്കാളിയാവുകയും ചെയ്തു. 1992ൽ H-46ന്റെ ഓഫീസർ ഇൻ ചാർജ്ജ് പദവി സ്വീകരിക്കുകയും ഫ്ലോറിഡയിലെ ചുഴലിക്കാറ്റിനെ തുടർന്നുണ്ടായ ദുരിതാശ്വാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ പങ്കെടുക്കുകയും ചെയ്തു. 1993 ജനുവരിയിൽ U.S.ടെസ്റ്റ് പൈലറ്റ് സ്ക്കൂളിൽ അഡ്മിഷൻ ലഭിച്ചു. 1993 ഡിസംബറിൽ കോഴ്സ് പൂർത്തിയാക്കി. റോട്ടറി വിങ് എയർക്രാഫ്റ്റ് ടെസ്റ്റ് ഡയരക്ടറേറ്റിൽ പ്രൊജക്റ്റ് ഓഫീസറാവുകയും ചെയ്തു. ഇതോടൊപ്പം തന്നെ SH-60B/F, UH-1, AH-1W, SH-2, VH-3, H-46, CH-53 H-57 എന്നിവയുടെ സ്ക്വാഡ്രൻ സേഫ്റ്റി ഓഫീസർ ചുമതലയും വഹിച്ചു. 1995 ഡിസംബറിൽ നേവൽ ടെസ്റ്റ് പൈലറ്റ് സ്ക്കൂളിൽ അവർ തിരിച്ചെത്തി. പക്ഷെ ഇത്തവണ വിദ്യാർത്ഥിയായിട്ടായിരുന്നില്ല; റോട്ടറി വിങ് ഡിപ്പാർട്ടുമെന്റിലെ ഇൻസ്ട്രക്റ്റർ, സ്ക്കൂൾ സേഫ്റ്റി ഓഫീസർ എന്നീ നിലകളിലായിരുന്നു. യുനൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ് ആർമിയിലെ UH-60, OH-6 OH-58 എന്നീ ഹെലികോപറ്ററുകൾ പറത്തി. യുനൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ് നേവിയിലെ യുദ്ധക്കപ്പലായ USS Saipanലെ എയർക്രാഫ്റ്റ് ഹാൻഡ്ലറും അസിസ്റ്റന്റ് എയർ ബോസും ആയി. ഈ കാലത്താണ് അവരെ ബഹിരാകാശപദ്ധയിലേക്ക് തെരഞ്ഞെടുക്കപ്പെടുന്നത്.1998 ജൂൺ മാസത്തിൽ സുനിത വില്യംസ് നാസയിലേക്ക് തെരഞ്ഞെടുക്കപ്പെടുകയും ആഗസ്റ്റ് മാസത്തിൽ പരിശീലനം തുടങ്ങുകയും ചെയ്തു. അമേരിക്കയിലും റഷ്യയിലുമായി നിരവധി പരിശീലങ്ങളിൽ അവർ ഏർപ്പെട്ടു. അന്താരാഷ്ട്ര ബഹിരാകാശ നിലയത്തിന്റെ പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ നേരിട്ട് ഇടപെട്ടു. ബഹിരകാശത്ത് ഏറ്റവും കൂടുതൽ പ്രാവശ്യം നടന്ന വനിത എന്ന ബഹുമതി കരസ്ഥമാക്കി. 2002ൽ നീമോ 2 ദൗത്യത്തിൽ അംഗമായി. സമുദ്രാടിത്തട്ടിലെ ആവാസവ്യവസ്ഥയെ കുറിച്ച് പഠിക്കാനുള്ള ദൗത്യമായിരുന്നു നീമോ 2. 2008ൽ നാസയുടെ ഡപ്യൂട്ടി ചീഫ് ഓഫ് ആസ്ട്രോനോട്ടിക്സ് ഓഫീസിലേക്ക് സുനിതയുടെ പ്രവർത്തനമണ്ഡലം മാറി.സെപ്റ്റംബര് 16-ന് എക്സ്പെഡിഷന് 33-ന്റെ കമാന്ഡറായി. മൂന്ന് ബഹിരാകാശ യാത്ര കൂടി നടത്തി, മൊത്തം 21 മണിക്കൂറിലധികം, രണ്ട് ഫ്ലൈറ്റുകള്ക്കിടയില് ISS-ന് പുറത്തുള്ള മൊത്തം സമയവുമായി ബഹിരാകാശ നടത്തം റെക്കോര്ഡ് നിലനിര്ത്തി. 50 മണിക്കൂറില് കൂടുതല്. ഓട്ടത്തിന്റെ നീന്തല് ഭാഗം അനുകരിക്കാന് ഒരു ട്രെഡ്മില്, സ്റ്റേഷണറി സൈക്കിള്, വെയ്റ്റ്ലിഫ്റ്റിംഗ് മെഷീന് എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് അവർ ഭ്രമണപഥത്തില് ഒരു ട്രയാത്ത്ലോണ് പൂര്ത്തിയാക്കി. ഏകദേശം 127 ദിവസത്തെ ബഹിരാകാശ യാത്രയ്ക്ക് ശേഷം നവംബര് 11 ന് വില്യംസ് ഭൂമിയില് തിരിച്ചെത്തി. രണ്ട് ബഹിരാകാശ യാത്രകള് 321 ദിവസത്തിലധികം നീണ്ടുനിന്നു, അമേരിക്കന് ബഹിരാകാശയാത്രികയായ പെഗ്ഗി വിറ്റ്സണിന് ശേഷം ഏറ്റവും കൂടുതല് സമയം ഒരു സ്ത്രീ ബഹിരാകാശത്ത് ചെലവഴിച്ചതിന്റെ രണ്ടാമത്തെ റാങ്ക് നേടി .
2015-ല് നാസയുടെ കൊമേഴ്സ്യല് ക്രൂ പ്രോഗ്രാമില് ആദ്യ പരീക്ഷണ പറക്കല് നടത്തിയ നാല് ബഹിരാകാശയാത്രികരിലൊരാളായി വില്യംസ് തിരഞ്ഞെടുക്കപ്പെട്ടു , അതില് രണ്ട് പുതിയ സ്വകാര്യ ക്രൂഡ് ബഹിരാകാശ വാഹനങ്ങളായ സ്പേസ് എക്സിന്റെ ക്രൂ ഡ്രാഗണ് , ബോയിംഗിന്റെ സിഎസ്ടി-100 എന്നിവസ്റ്റാര്ലൈനര് , ബഹിരാകാശയാത്രികരെയും സാധനസാമഗ്രികളെയും ISS-ലേക്ക് കൊണ്ടുപോകും. 2024 മെയ് മാസത്തില് ഷെഡ്യൂള് ചെയ്ത ISS ലേക്കുള്ള ആദ്യത്തെ ക്രൂഡ് ടെസ്റ്റ് സ്റ്റാര്ലൈനര് ഫ്ലൈറ്റിനായി അവരെ 2022 ല് തിരഞ്ഞെടുത്തു.