Nato Albert William Upton a Los Angeles, California, inizia a recitare come attore bambino alla televisione fin dai primi anni Settanta, interpretando nel 1971 il ruolo di Leonard Unger, il figlio di Felix Ungar (Tony Randall), in un episodio della serie di ABC TV La strana coppia. Negli anni seguenti, Aames prende parte come comprimario a varie serie televisive, tra cui Una moglie per papà (in quattro episodi, tra il 1971 e 1972), Una famiglia americana (The Waltons, in un episodio del 1975), e Adam-12 (in due episodi nel 1971 e 1974). Presta la voce al personaggio di Jamie Boyle nella serie animata Wait Till Your Father Gets Home (1972-74). Nel 1974, interpreta un dodicenne Benjamin Franklin, nella miniserie omonima. L'anno successivo, recita come co-protagonista nei 12 episodi della serie televisiva We'll Get By (1975), mai giunta in Italia. Tra il 1975 e il 1976 è protagonista della serie televisiva La famiglia Robinson (1975-76), nei panni di Fred Robinson, serie televisiva tratta dal romanzo Il Robinson svizzero di Johann David Wyss, la cui versione televisiva più nota è quella, in chiave fantascientifica, del 1965 per opera di Irwin Allen, Lost in Space..
Diventa noto al pubblico soprattutto per i ruoli da protagonista avuti, ormai adolescente, tra la fine degli anni settanta e l'inizio degli anni ottanta in 109 episodi della serie televisiva La famiglia Bradford (1977-1981), in cui interpreta Tommy Bradford, e nei film Paradise (1982), dove recita al fianco di Phoebe Cates, e Inferno in diretta (1982), in cui affianca Karen Black. Lavora inoltre nelle serie La casa nella prateria (in un episodio del 1977), e Love Boat (in un episodio del 1982), quindi recita nel film Zapped! - Il college più sballato d'America (1982) con Scott Baio. Dal 1983 al 1985 è la voce di Hank in 27 episodi del cartone animato Dungeons & Dragons. È quindi co-protagonista, ancora con Scott Baio, nei 126 episodi della serie televisiva Baby Sitter (1984-1985 e 1987-1990), nel ruolo di Buddy Lembeck. Negli anni ottanta intraprende anche una breve carriera musicale con un gruppo chiamato Willie Aames & Paradise, nella veste di cantante/chitarrista.
Negli anni novanta, ormai terminata la serie Baby Sitter, e dopo aver lottato per anni con la droga e alcool, Aames riscopre la propria fede cristiana, con un percorso che lo porta a diventare un ministro ordinato. Dal 1995 al 2004 è protagonista in una serie di video e di una tournée come il supereroe cristiano Bibleman. Nei primi anni duemila tenta anche la strada della regia, dirigendo due mediometraggi distribuiti direct-to-video: The Missy Files (2003) e The Public Life of Sissy Pike: New Girl in Town (2005).
Il giorno del ringraziamento del 2008 tenta il suicidio a causa di problemi finanziari. Presenta quindi istanza di fallimento, avendo contratto debiti per oltre 350.000 dollari, dopo essersi separato dalla seconda moglie. L'attore allestisce una vendita di tutti i suoi beni il 26 marzo 2009, nella sua abitazione di Olathe, Kansas, al fine di scongiurare l'imminente pignoramento della sua casa. Negli Stati Uniti l'iniziativa di Aames conquista l'attenzione dell'intera nazione, ma vi partecipano principalmente i suoi fan.
Willie Aames ha documentato i suoi problemi di denaro nel programma di VH1 del 2009 Broke & Famous. Nel luglio 2010, Aames lavora come consulente finanziario. Nel marzo 2010 si unisce alla Oceania Crociere come membro del personale di intrattenimento. Dal 2015 torna a recitare in alcuni film per la televisione.
Vita privata
Willie Aames è sposato dal 2014 con l'attrice Winnie Hung. Ha avuto un figlio nel 1981 da un primo matrimonio con Victoria Weatherman (1979-84) e una figlia nel 1986 da un secondo matrimonio con l'attrice Maylo McCaslin (1986-2009), con la quale ha scritto anche il libro Grace is Enough nel 2007.
