[3]​ Sunita Williams nació en Euclid (Ohio) y es hija de Deepak Pandya y Bonnie Pandya, quienes vivían en Falmouth (Massachusetts).

En 1987 se graduó como Licenciada en Ciencias Físicas en la Academia Naval de los Estados Unidos, y en 1995 realizó una Maestría en Ciencias con especialización en Ingeniería de Gestión en el Florida Institute of Technology.

Durante su carrera militar ha pilotado y sido instructora en el manejo de helicópteros de combate, y cumplía servicio a bordo del portaaviones "Saipan" cuando en 1998 fue elegida para su instrucción como astronauta.

Sunita Williams fue entrevistada directamente desde la Estación Espacial internacional durante el evento "Youtube Space Lab" en el año 2012.

[cita requerida] En 2024, regresó a la ISS, por ocho días, en la Boeing Crew Flight Test, la primera misión tripulada del Boeing Starliner; su regreso a la Tierra se ha retrasado hasta febrero de 2025.