Suivant l’exemple de Carl Linnaeus, Willan a tenté une classification taxonomique des maladies de la peau, décrivant l’impétigo, le lupus, le psoriasis, la sclérodermie, l’ichtyose, la sycose et le pemphigus. Le portrait de Willan a été reproduit sur la couverture du British Journal of Dermatology pendant de nombreuses années. Willan et Bateman, en travaillant ensemble, ont fourni la première tentative mondiale de classification des maladies de la peau d’un point de vue anatomique.

En 1790, Willan a reçu la médaille d’or Fothergill de la Medical Society of London pour sa classification des maladies de la peau. La même année, il publie un récit intitulé « Un cas remarquable d’abstinence », qui détaille le cas d’un jeune Anglais mort en 1786 après avoir jeûné pendant 78 jours – l’un des premiers récits de troubles alimentaires chez les hommes.

Une copie d’un de ses ouvrages a été traduite en allemand et publiée à Breslau en 1799. La version anglaise a été perdue.

En 1798, Willan décrit la maladie professionnelle psoriasis diffusa, qui affecte les mains et les bras des boulangers, et en 1799, il décrit pour la première fois l’éruption exanthématique de l’enfance connue sous le nom d’érythème infectieux.

Le livre de Willan de 1808, On Cutaneous Diseases, est un point de repère dans l’histoire de la dermatologie et de l’illustration médicale et contient la première utilisation du mot « lupus » pour décrire la tuberculose cutanée.

Son étude de l’eau sulfureuse de Croft-on-Tees, publiée en 1782 à Londres, a récemment été republiée.