Billy Chapin comenzó su carrera como bebé en el film El Mujeriego (Casanova Brown, 1944) cuando tenía menos de un año.  

Chapin trabajó los siguientes diez años en películas y series de TV en roles infantiles y secundarios, como en Así Muere El Amor (Affair With a Stranger, 1953), La Ultima Coartada (Naked Alibi, 1954), El Mundo de la Fantasía (There's No Business Like Show Business, 1954) junto a Marilyn Monroe, Un Hombre Llamado Pedro (A Man Called Peter, 1955) y Un Sábado Violento (Violent Saturday, 1955).

En 1954 fue el amigo de un robot en el hit de ciencia ficción Tobor The Great. Un año más tarde protagonizó una absoluta obra maestra,La Noche del Cazador (Night of the Hunter), dirigida por Charles Laughton y protagonizada por Robert Mitchum, Shelley Winters, Lillian Gish y Peter Graves. Chapin era un nene que escondía un secreto de las garras de un terrorífico falso sacerdote (Mitchum) que lo perseguía sin fin.

Su último largometraje fue Ansiedad Trágica (Tension At Table Rock, 1956), hizo algunos programas como actor invitado y dejó la profesión en 1959.