Вуди Харрельсон родился 23 июля 1961 года в Мидленде, штат Техас, США. Рос в семье Чарльза Харрельсона и Дайаны Лу Освалд, которые развелись в 1964 году, когда Вуди было три года. Был средним сыном в семье, имеет двух братьев Джордана и Бретта. Когда ему исполнилось семь лет, отца посадили в тюрьму за убийство.

    В 1973 году Харрельсон переехал к своей матери в город Либенон в штате Огайо, где и вырос. Харрельсон учился в средней школе, а после поступил в колледж Ганновер в штате Индиана. Получил степень бакалавра искусств по английскому языку и актёрскому мастерству в 1983 году.

    Стал известен после роли Вуди Бойда в телевизионном комедийном сериале «Чирс». Первой главной ролью в кино был Билли Хойл в фильме «Белые люди не умеют прыгать». Известен по ролям - серийного убийцы Микки Нокса в фильме «Прирождённые убийцы» 1994 года, режиссёра Оливера Стоуна, издателя журнала Ларри Флинта в фильме «Народ против Ларри Флинта» 1996 года, режиссёра Милоша Формана, кантри-певца Dusty в фильме «Компаньоны», охотника Карсона Уэллса в фильме «Старикам тут не место», убийцы зомби Таллахасси в фильме «Добро пожаловать в Зомбилэнд» и слепого пианиста/продавца мяса Эзры Тернера в фильме «Семь жизней».

    Он также появился в роли Хеймитча Эбернети в фильмах «Голодные игры» 2012 года и «Голодные игры: И вспыхнет пламя» 2013 года, а также в роли Чарли Костелло в фильме «Семь психопатов» 2012 года и Мерритта Маккинни в фильме «Иллюзия обмана» 2013 года. Рассматривался на роль Мэрдока в фильм «Команда А» в 2010 году.

    Вуди Харрельсон официально был женат дважды. В 1985 году женился на Нэнси Саймон - дочери известного драматурга, автора пьесы «Билокси-блюз» Нила Саймона, в одной из сценических версий которой Харрельсон прославился в 1984 году. В декабря 2008 года женился во второй раз - на своей бывшей ассистентке Лоре Луи. У Вуди есть три дочки от Лоры Луи - Дени Монтана Харрельсон, Зои Джордано Харрельсон и Макани Равелло Харрельсон.

    Харрельсон так же известен как убеждённый сторонник веганизма и легализации марихуаны.