Dauphinois par son père Germain Léon Richard et alsacien par sa mère Elisabeth Fanny (née Willm). Il est né Alexandre Pierre Richard le 3 novembre 1895 à Bayonne, au hasard d'un déplacement de son père ingénieur civil. Lors du décès de sa mère à l’âge de 31 ans, le jeune Alexandre est élevé par sa grand-mère maternelle.

Il fait ses études à Bayonne, fréquente ensuite l'école alsacienne à Paris puis fait les Beaux Arts pour étudier la sculpture où après la guerre il en fera un moment son métier, il réalisa des sculptures inspirées de la danseuse Isadora Duncan et des Ballets Russes.

En 1911, il débute au Théâtre du Peuple de Bussang, lors de ses vacances d’été dans les Vosges chez son ami Jean Pottecher dont ses parents tiennent le théâtre. À vingt ans, il est appelé sous les drapeaux, et se retrouve à Verdun, dans l’enfer des tranchées. Après la Grande Guerre dont il affirme avoir échappé par miracle à cette boucherie il envisage de devenir comédien.

Sans avoir suivi des cours d’art dramatique, en 1925 il est Armand Duval le partenaire de la grande danseuse Isa Rubinstein dans « La Dame aux Camélias » à la Comédie-Française et joue la même année avec Ida « Le Martyre de saint Sébastien » de Gabriele d'Annunzio à la Scala de Milan. Remarqué par Firmin Gémier, au début des années 1940, il rejoint l'Odéon à Paris pour quatre ans et joue une centaine de représentations de « La Dame aux Camélias » aux côtés d'Edwige Feuillère.

Entre temps, sa réputation de bel élégant, au regard bleu azur, la chevelure ondulée, éveille l’attention des producteurs de cinéma. Engagé sous les feux de la rampe Pierre Richard-Willm se voit employé à jouer les héros romantiques, les militaires ou avec prestance des personnages d’époque.

Il campe un capitaine d'escadrille qui aide une belle espionne (Gina Manès) chargée d'abattre un officier qui a trahi dans le drame de guerre « Sous le casque de cuir » (1931) d'Albert de Courville ; un officier français lors de la Guerre 14-18, en Alsace où il est sauvé par une jeune femme allemande (Jeanne Boitel) tous deux tombe amoureux dans « Un soir au front » (1931) d'Alexandre Ryder.

En 1933 Jacques Feyder lui offre l'un de ses plus beaux rôles avec le mélodrame « Le grand jeu », un jeune et brillant avocat, évite le scandale en s'engageant dans la Légion étrangère, il croit reconnaître en Irma (Marie Bell) une prostituée d'un cabaret minable, la femme pour laquelle il s'est ruiné, tourmenté par cette ressemblance hallucinante, il se jette dans une mort glorieuse.

Puis il campe un jeune et entreprenant capitaine de l'armée impériale qui a du vague à l'âme pour la belle infirmière (Annabella) qui est entretenue par un vieux riche (Harry Baur) dans « Les nuits moscovites » (1934) d'Alexis Granowsky ; et le rôle titre dans « Le prince Jean » ,(1934) de Jean de Marguenat engagé dans la légion étrangère suite à un différent familial, à son retour il est déchu de son titre par son frère .

En 1935 un sondage le donnait « l’acteur le plus populaire de France » et selon certaines sources le Gary Cooper français. Il fleurissait même un club appelé le club des Willmettes.

Dans « La dame de Malacca » (1937) de Marc Allégret, il campe le Prince Selim un sultan malais avec Edwige Feuillère mariée sans amour tombe sous le charme de ce Prince indigène. Il enchaine avec le mélodrame de Max Ophüls « Yoshiwara » (1937), la geisha (Michiko Tanaka) s'amourache du lieutenant russe (Pierre Richard-Willm) et du coolie Isamo (Sessue Hayakawa), la rivalité amoureuse des deux hommes va se terminer tragiquement ; le russe Igor Kourlov l’un des princes qui organise l’assassinat de Raspoutine dans le drame historique « La tragédie impériale » (1937) de Marcel L'Herbier avec Harry Baur en Raspoutine et Marcelle Chantal la tsarine Alexandra.

En 1938 Max Ophuls signe le mélodrame déchirant « Le roman de Werther » il aime d'un amour profond Charlotte (Annie Vernay), l'époux de son ami (Jean Galland) lui refusant son amour, vaincu, il se tue d'un coup de pistolet. Jacques Feyder l’engage pour un rôle sombre celui d’un assassin dans « La piste du Nord » (1939) emprisonné pour le meurtre de l'amant de sa femme, il s'évade vers le nord du Canada, avec sa maitresse Jacqueline (Michèle Morgan), le caporal Dalrymple (Charles Vanel) part à sa recherche, tous les trois affrontent le froid et les privations, à bout de force, Jacqueline meurt.

Après la Guerre il retrouve sa magique alchimie, devenant le héros d’œuvres littéraires. Jacques de Baroncelli adapte à l’écran le roman d’Honoré de Balzac « La duchesse de Langeais » (1941) , Edwige Feuillère dans le rôle titre, humiliée et éconduite par celui qu'elle aime le général de Montriveau de l’armée napoléonienne (Pierre Richard-Willm) elle se réfugie dans un couvent espagnol, éperdu de chagrin Montriveau part à sa recherche : Robert Vernay adapte en 1942 le célèbre roman d’Alexandre Dumas « Le comte de Monte-Cristo » alors qu'il allait se fiancer avec Mercedes (Lia Amanda) Edmond Dantes est arrêté et emprisonné pour complot contre le roi, il s'évade du château d'If, et organise sa vengeance et ferraille avec agilité contre ceux qui l'ont fait condamner.

Serge de Poligny signe le drame horrifique « La fiancée des ténèbres » (1944) Sylvie (Jany Holt) persuadée de porter la mort, vie dans la sombre demeure de son père adoptif (Édouard Delmont) qui recherche le secret des Cathares, il l'envoie dans une cathédrale souterraine à la recherche du sanctuaire des Albigeois, Richard la suit et arrive à temps pour l'arracher aux puissantes ténèbres.

En 1946, en pleine gloire, il tourne un dernier film au titre prémonitoire, « Le beau voyage » un drame romantique de Louis Cuny, deux êtres solitaires et totalement différents (Pierre Richard-Willm et Renée Saint-Cyr) se rencontrent par hasard et s'aperçoivent peu à peu qu'ils se complètent harmonieusement.

Acteur souvent qualifié de froideur par les critiques, discret comme il l'avait été tout au long de sa longue vie, il légua ses souvenirs aux moins oublieux de ses contemporains dans sa biographie « Loin des étoiles » en 1976.

Retiré de toute activité cinématographique, il s’installe dans les Vosges pour diriger le Théâtre du Peuple de Bussang fondé par Maurice Pottecher où il avait débuté à ses cotés en 1911, et devient interprète, metteur en scène, costumier et décorateur.

Pierre Richard-Willm, décède célibataire à Paris, le 12 avril 1983 à l’âge de 87 ans, il repose au cimetière de Bussang.