Уильям Грегори Магнуссен родился 20 апреля 1985 года на острове Лонг-Айленд, штат Куинс, США. Отец Билли - Грег Магнуссен - профессиональный культурист и кик-боксер, а мать инструктор по аэробике. Дедушка и бабушка Билли по материнской линии были литовскими иммигрантами.

Когда Билли исполнилось десять лет, его семья переехала в Камминг, штат Джорджия. В 2003 году Магнуссен окончил среднюю школу Южного Форсайта, а несколько позднее окончил Школу искусств Северной Каролины.

В 2007 году Билли дебютировал на Бродвее в спектакле «Риц» Терренса МакНалли, в котором главную роль сыграла актриса Рози Перес. В 2012 году актер сыграл роль Спайка в пьесе «Ваня и Соня, Маша и Спайк» Кристофера Дуранга. Магнуссен был номинирован на премию «Тони» как лучший актер в пьесе за роль Спайка. Затем он перешел в театр Джона Голда, где он был номинирован на премию «Тони» шесть раз.

Он сыграл Нейла Томаса, героя Второй мировой войны, в фильме «Потерянный Валентин» в 2011 году, основанном на одноименной книге Джеймса Майкла Пратта. На большом экране Билли также появился в фильмах «Шпионский мост», «Игра на понижение», «Американская история приключений».

Осенью 2017 года ожидается премьера биографической драмы «Брюс Ли: Рождение Дракона», повествующей об Окленде 1960-х годов - городе хиппи и радикальной политики, где молодой Брюс Ли преподает разработанный им стиль боевых искусств.

Кроме того, известно, что в 2018 году состоится релиз еще одного фильма с участием Билли Мангуссена. Комедийный детектив «Ночные игры» расскажет о группе друзей, регулярно встречающихся для ночных игр и пытающихся раскрыть тайну убийства.