Naar het voorbeeld van Carl Linnaeus trachtte Willan een taxonomische classificatie van huidziekten op te stellen. Hij beschreef impetigo, lupus, psoriasis, sclerodermie, ichthyosis, sycosis en pemphigus. Willan’s portret stond jarenlang op de omslag van het British Journal of Dermatology. Willan en Bateman deden samen de eerste poging ter wereld om huidziekten vanuit een anatomisch standpunt te classificeren.

In 1790 ontving Willan de Fothergill Gold Medal van de Medical Society of London voor zijn classificatie van huidziekten. In hetzelfde jaar publiceerde hij een verslag getiteld “A Remarkable Case of Abstinence”, waarin het geval werd beschreven van een jonge Engelsman die in 1786 overleed na 78 dagen te hebben gevast – een van de vroegste verslagen van eetstoornissen bij mannen.

Een kopie van een van zijn werken werd in het Duits vertaald en in 1799 in Breslau gepubliceerd. De Engelse versie is verloren gegaan.

In 1798 beschreef Willan de beroepsziekte psoriasis diffusa, die de handen en armen van bakkers aantast, en in 1799 beschreef hij voor het eerst de exanthemateuze huiduitslag bij kinderen die bekend staat als erythema infectiosum.

Willan’s boek uit 1808, On Cutaneous Diseases is een mijlpaal in de geschiedenis van de dermatologie en in de medische illustratie en bevat het eerste gebruik van het woord “lupus” om cutane tuberculose te beschrijven.

Zijn studie van het zwavelwater in Croft-on-Tees, gepubliceerd in 1782 in Londen, is onlangs heruitgegeven.