Willian gioca comeala, ma può essere adattato anche cometrequartista.[3][4][5] è dotato di velocità, accelerazione oltre che di un'ottima tecnica che gli consente di effettuare finte, dribbling o giocate come l'elastico che lo rendono imprevedibile mettendo in difficoltà i difensori avversari.[6][7][8] È anche un buon battitore di calci d'angolo e punizioni,[9] oltre a disporre di una visione di gioco che gli consente di effettuare assist per i compagni.[5]
A partire dal 2007 entra a far parte delCorinthians, allora allenato daNelsinho Baptista, dove eredita la maglia numero 10 daMárcio Amoroso. Il 2 agosto 2007 mette a segno la sua prima doppietta in campionato contro l'Atlético-PR.[10]
Il 23 agosto 2007 viene acquistato dagliucraini delloŠachtar diDonec'k per circa 15 milioni di euro[11] e firmando un contratto quinquennale.[11] Ben presto si ritaglia un ruolo da titolare nella squadra ucraina, con la quale vincecampionato ecoppa.
Chiude la sua esperienza in Ucraina dopo 6 anni, avendo collezionato 221 presenze e 37 reti in tutte le competizioni, e avendo vinto 11 titoli (tra cui laCoppa UEFA nella stagione 2008-2009).
Il 1º febbraio 2013 viene venduto all'Anži,[12] societàrussa militante nellaPrem'er-Liga, per circa 35 milioni di euro. Sceglie il numero 10 ma, per alcune restrizioni imposte dallaUEFA, deve ripiegare sull'88. Segna il suo unico gol con l'Anži il 14 aprile 2013, nella partita vinta per 3-0 contro ilVolga Nizhy Novgrod.
Il 25 agosto 2013, quando sembrava prossimo il passaggio alTottenham, ilChelsea annuncia di aver trovato un accordo con l'Anži per il trasferimento di Willian.[13] Il 18 settembre seguente fa il suo debutto inChampions League, nella partita persa per 1-2 contro ilBasilea aStamford Bridge. Al suo debutto inPremier League il 6 ottobre 2013 realizza il primo gol in magliaBlues, nella sfida vinta 3-1 contro ilNorwich City.[5][14] Segna il suo secondo gol inPremier League nel 3-0 contro ilSouthampton il 1º gennaio 2014. Il 27 aprile 2014 segna in occasione della partita vinta 2-0 in casa delLiverpool.
Inaugura la stagione successiva andando a segno il 27 settembre 2014 nel 3-0 contro l'Aston Villa. Nel corso della stagione è decisivo in semifinale diFootball League Cup con un assist da punizione perBranislav Ivanović contro ilLiverpool durante i tempi supplementari. Al termine dell'annata vince laPremier League e la Football League, i suoi primi trofei con iBlues.
Nel corso delle stagioni successive riesce sempre a ritagliarsi un ruolo importante all'interno della squadra, nonostante i diversi allenatori succedutisi alla guida del Chelsea. Nell'annata 2016-2017 vince la sua secondaPremier League, mentre nei due anni successivi conquista unaFA Cup (2017-2018) e unaEuropa League (2018-2019).
Al termine della stagione 2019-2020 comunica di voler lasciare il Chelsea, decidendo di non rinnovare il proprio contratto con il club londinese.[15] Lascia iBlues dopo 7 anni in cui ha collezionato 339 presenze e 63 reti tra tutte le competizioni.
Il 14 agosto 2020 si trasferisce all'Arsenal, con cui firma un contratto triennale.[16] Fa il suo esordio il 12 settembre nel derby londinese contro ilFulham, servendo anche 2 assist.[17] Realizza il suo primo gol contro ilWest Bromwich, segnando su punizione.[18] Termina la propria esperienza ai Gunners con 37 presenze e una sola marcatura.
Il 30 agosto 2021 risolve il proprio contratto con iGunners e torna in Brasile nelCorinthians.[19] Il successivo 19 settembre fa il proprio secondo debutto con il club, avvenuto in occasione di una gara contro l'América-MG.[20] Termina i suoi primi tre mesi al club con sole 9 presenze. Inizia la campagna 2022 debuttando contro ilFerroviária. Il 17 febbraio 2022 sigla la sua prima rete dal ritorno, in occasione di un successo casalingo contro ilSão Bernardo.[21] Il 12 agosto 2022 risolve il proprio contratto con il club brasiliano.[22]
Il 1º settembre 2022 fa ritorno inPremier League, firmando un contratto annuale con ilFulham.[23] Il 23 ottobre mette a segno la sua prima rete con i Cottagers. in occasione di un match contro ilLeeds Utd.[24] Si ripete il 12 gennaio 2023, pareggiando momentaneamente ilWest London derby contro il Chelsea.[25] Il 30 giugno 2023 conclude il contratto con i londinesi, salvo siglare un nuovo accordo il 18 luglio successivo.[26] In due stagioni con i londinesi raccoglie 67 presenze e 10 reti complessivamente, prima di andare a scadenza di contratto al termine della stagione 2023-2024, rimanendo svincolato.[27]
Il 2 settembre 2024 viene ingaggiato dall'Olympiacos, squadra diSouper Ligka Ellada.[28] Dopo tre mesi dal suo arrivo, il 30 dicembre 2024 risolve il contratto con la società ellenica.[29]
Rimasto svincolato, il 6 febbraio 2025 viene annunciato il suo ritorno alFulham, con cui sottoscrive un accordo fino al termine della stagione.[30] Dopo 10 presenze totali non rinnova il contratto coicottagers rimanendo svincolato al termine della stagione.[31]
Il 5 settembre 2025 torna nuovamente in Brasile, con l'annuncio del suo ingaggio da parte delGrêmio, con un accordo valido fino al 31 dicembre 2026.[32]
Il 10 novembre 2011 fa il suo debutto con la nazionale maggiore nell'amichevole vinta per 2 a 0 contro ilGabon. Il 16 novembre 2013 torna in nazionale a distanza di due anni segnando in amichevole il suo primo goal contro l'Honduras.Ha inoltre partecipato alcampionato del mondo 2014 svoltosi inBrasile con la nazionale dei verdeoro classificatasi al 4º posto dopo aver perso la finale 3º-4º posto nel 3-0 contro laNazionale di calcio dei Paesi Bassi.