Nadat Willard Van Dyke was afgestudeerd aan de Universiteit van Californië ging hij ervaring opdoen bij fotograaf Edward Weston. Hij werkte een tijd als bankbediende, verkoper van verzekeringen, technicus van apparaten met röntgenstralen en fotograaf.

Daarna fungeerde hij als één van de drie cameramannen voor de documentaire The River van Pare Lorentz. Hij was korte tijd verbonden aan de linkse productiegroep Frontier Films tot hij bij zijn regiedebuut The City kon samenwerken met Ralph Steiner. The City was een docu voor de wereldtentoonstelling in New York van 1939 over stadsplanologie waarvan door sommigen werd gezegd dat die geïnspireerd was door de gedichten van Carl Sundberg.

Tijdens de oorlog werkte Van Dyke voor het Overseas Motion Picture Bureau, een divisie van de dienst voor oorlogsvoorlichting. San Francisco was dan weer de officiële film over het oprichten van de Verenigde Naties. Na de oorlog maakte Van Dyke heel wat documentaires voor televisie, het USIA (United States Information Agency), de industrie en een aantal stichtingen.

Willard van Dyke maakte in de jaren ’50 en ’60 een aantal gesponsorde documentaires over diverse maatschappelijke onderwerpen. Van 1965 tot 1973 was hij directeur van de filmafdeling bij het Museum of Modern Art. Verder was hij ook vice-president van de International Federation of Film Archives.