Recibió nominaciones a los Oscar, a los Globos de Oro, y a los premios Screen Actors Guild como Mejor actor por la interpretación del polémico editor Larry Flynt en "The People Vs. Larry Flynt" una película dramática aclamada por la crítica y que fue dirigida por Milos Forman. Sus otras películas incluyen "Play it to the Bone," "The Thin Red Line," "The Hi-Lo Country," "Ed TV," "Wag the Dog," "Welcome to Sarajevo", "Kingpin", "Natural Born Killers", "Indecent Proposal" y "White Men Can’t Jump". Harrelson dio la réplica a Pierce Brosnan y Salma Hayek en "After the Sunset" de Brett Ratner, "The Prize Winner of Defiance Ohio" con Julianne Moore, dirigida por Jane Anderson, "The Big White" del director Mark Mylod con Robin Williams y Holly Hunter y "North Country" protagonizada por Charlize Theron, Sissy Spacek, y Frances McDormand para la directora Niki Caro. Actualmente se encuentra rodando "The Walker" con Kristin Scott Thomas, Lauren Bacall y Willem Dafoe para el director Paul Schrader. Harrelson forma parte del reparto de la película coral de Robert Altman, "A Prairie Home Companion", que se estrena próximamente.
Harrelson es un gran activista a favor del medioambiente y esto le ha influido para participar en la película documental de Ron Mann "Go Further" que acompaña a Woody y a sus amigos en su viaje en bicicleta por la carretera de la Costa del Pacifico desde Seattle hasta Santa Barbara.
Antes de empezar a trabajar en el cine, Harrelson se hizo querer por millones de espectadores como miembro del reparto coral de la exitosa comedia "Cheers". Por su interpretación como el simpático barman Woody Boyd. Harrelson ganó un Emmy en 1988 y fue nominado cuatro veces más durante los ocho años que estuvo la serie en antena.
Equilibrando su trabajo en el cine y en televisión, en 1999 Harrelson reanudó su compromiso con el teatro dirigiendo su propia obra, "Furthest from the Sun" en el Theatre de la Juene Lune de Minneapolis. A continuación actuó en la reposición de la obra de N. Richard Nash "The Rainmaker" en 2000, en el Roundabout de Broadway, "The Late Henry Moss" de Sam Sheperd en 2001, "On An Average Day" de John Kolvenbach con Kyle MacLachlan en el West End de Londres en el otoño de 2002, y en el verano de 2003 Harrelson dirigió el estreno de "This is Our Youth" de Kenneth Lonergan en el Berkeley Street Theatre. En el invierno de 2005/2006 Harrelson volvió al West End de Londres, para protagonizar en el Lyric Theatre "Night of the Iguana" de Tennessee Williams.