Chelsea 28 sierpnia 2013 roku podpisał pięcioletni, z sumą odstępnego 39 milionów euro kontrakt z angielską Chelsea. Swojego pierwszego gola w jej barwach zdobył w spotkaniu z Norwich City, wygranym 3:1. W sezonie 2014/15 zdobył mistrzostwo Anglii, a także Puchar Ligi Angielskiej. W sezonie 2016/17 zdobył drugie mistrzostwo Anglii. W sezonie 2018/19 wygrał po raz drugi Ligę Europy. W 2020 roku oficjalna strona Chelsea poinformowała, że Willian odejdzie z klubu po wygaśnięciu kontraktu.
Arsenal 14 sierpnia 2020 roku podpisał 3-letni kontrakt z Arsenalem. Pierwszego i zarazem jedynego gola w kampanii 2020/21 zdobył w zwycięskim meczu 3:1 z West Bromem. Po zakończeniu sezonu odszedł do brazylijskiego Corinthians Paulista.
Gremio W latach 2025-2026 występował w Gremio.
Kariera reprezentacyjna Willian zaliczył 11 występów w reprezentacji Brazylii do lat 20. Razem z kadrą wystąpił 8 razy w South American Cup i 3 razy na Mistrzostwach Świata U-20. 10 listopada 2011 będąc zawodnikiem Szachtaru zadebiutował w seniorskiej reprezentacji Brazylii w towarzyskim meczu przeciwko Gabonowi.