Willian iniciou no futebol nas categorias de base do Clube Atlético Uraniense, de Urânia (SP), onde era treinado pelo próprio pai. Mas não demoraria a fazer teste no Guarani e passar. Sua estreia no Bugre como profissional foi aos 18 anos, no Brasileiro de 2004. Em 2006, já era contratado pelo Athletico-PR do técnico alemão Lothar Matthaus. Após passar pelo Vila Nova (2009), chegou ao Figueirense, onde fez dupla de ataque com Roberto Firmino e foi vice-campeão da Série B, reconduzindo o clube à elite do futebol nacional. Destaque que o levou a assinar contrato de quatro anos com o Corinthians, pelo qual foi campeão brasileiro (2011) e da Libertadores (2012). Com a conquista da América, chamou atenção do Metalist, da Ucrânia. Após uma temporada, acabou emprestado ao Cruzeiro, sendo vendido em definitivo em 2014. E fez parte de um período de ouro da Raposa, com o bicampeonato brasileiro e um título mineiro. Até chegar ao Palmeiras em 2017, onde ficou até 2021 e enfileirou vários outros títulos: mais duas Libertadores, outro Brasileiro, um Paulista e uma Copa do Brasil. Após todo esse sucesso, seguiu para o Fluminense em 2022 e conquistou o Campeonato Carioca. Em março de 2023, retornou ao Athletico.