Grał na scenie w Brooklyn Laundry (1991) w reżyserii Jamesa L. Brooksa z Glenn Close i Laurą Dern, dramacie Najdalej od Słońca (Furthest From the Sun, 1993), który sam napisał i wyreżyserował w Los Angeles, a także w The Zoo Story Edwarda Albee, produkcji off-broadwayowskiej Chłopaki z sąsiedztwa (The Boys Next Door), Biloxi Blues w San Francisco oraz 2 na 2 (2 on 2), który również napisał.
Za rolę młodego męża w melodramacie Adriana Lyne’a Niemoralna propozycja (Indecent Proposal, 1993) u boku Roberta Redforda i Demi Moore otrzymał Złotą Malinę dla najgorszego aktora drugoplanowego. Uznanie przyniosła mu kreacja Mickeya Knoxa, psychopatycznego mordercy przemierzającego wraz z ukochaną (Juliette Lewis) amerykańskie Południe i stającego się bohaterem telewizyjnych newsów w dramacie kryminalnym Olivera Stone’a Urodzeni mordercy (Natural Born Killers, 1994) według scenariusza Quentina Tarantino. Film wzbudził burzę medialną, a reżysera oskarżano o gloryfikację morderstwa. Harrelson odrzucał te zarzuty, twierdząc, że „nie wydaje mu się, by jakakolwiek zdrowa przy zmysłach osoba po obejrzeniu dwugodzinnego filmu mogła postanowić zostać seryjnym zabójcą”.