Aunque también trabajó como realizador y fue un invitado frecuente en programas concurso televisivos estadounidenses, el actor es especialmente recordado por sus papeles de periodista en Mi marciano favorito (1963-1966); Tom Corbett, el padre de Eddie en Buscando novia a papá (1969-1972), y el científico David Bruce Banner en The Incredible Hulk (1977-1982).
Destacó con personajes en series: Bixby también fue director; en Buscando novia a papá dirigió ocho episodios en la temporada de 1970.
El éxito de The Incredible Hulk convirtió a sus dos intérpretes (Bill Bixby como David Banner, y Lou Ferrigno como Hulk) en estrellas de la TV, la serie ganó mucha popularidad y éxito en el mundo entero.
Y el propio presidente ejecutivo del canal no deseaba continuar con series basadas en superhéroes.
La NBC fue la responsable de distribuir ese posible reinicio de Hulk con la intención de realizar una posible sexta temporada, pero esas películas —que en un principio iban a ser pilotos para el reinicio de la serie— finalmente quedaron en tres películas que cntinuaron la serie original: The Return of The Incredible Hulk (1988), The Trial Of the Incredible Hulk (1989) y The death of the incredible hulk (1990), con Bixby como director y productor de las tres, donde en la última —como indica el título— tanto Hulk como su alter ego David Banner se matan al caer al vacío desde un avión a gran altura y cierra con Banner agonizando y diciendo «Ya soy libre».
En esta ocasión, Hulk iba a ser resucitado e iba a tener la misma inteligencia que Banner, con la diferencia de que Hulk iba a poder hablar, este nuevo filme ya había sido escrito para ser el piloto que abriría puertas al reinicio de la serie.
Tras el abandono de la NBC, Bill hizo negocios con la ABC para que le produjera esa cuarta película.
Se la puso en preproducción y con Bixby de vuelta como director al igual que las otras tres.
El proyecto quedó paralizado indefinidamente hasta que Bixby volviera a estar en condiciones físicas de salud.
En 1971 se casó con Brenda Benet y con ella tuvo en 1974 a su único hijo: Sean Christopher Bixby, al que no dejaba ver El increíble Hulk para evitar que el niño tuviera miedo a ver como su padre se transformaba en un ser verde y monstruoso —a pesar de que el personaje de Hulk lo interpretó Lou Ferrigno—.
En 1991 volvió a casarse con Laura Jane Michaels, la cual quiso divorciarse al enterarse del cáncer que padecía su marido.