In seinen Nachwuchsjahren gewann Willems 2001 das Rennen Seraing-Aken-Seraing und wurde darauf Stagiaire bei Mapei-Quick Step, welche in für 2002 unter Vertrag nahmen. Sein einziger Erfolg war ein Etappensieg bei der eher zweitklassigen Kuba-Rundfahrt. Er wechselte nach nur einem Jahr zum GSII-Team Vlaanderen-T-Interim.
Zu Beginn der Saison 2006 gewann er die erste Etappe des Etoile de Bessèges und übernahm die Führung der Gesamtwertung, welche er bis zum Schluss verteidigen konnte. Ab 2007 fuhr Willems für das italienische Liquigas-Team. Im Jahre 2008 konnte er die Drei Tage von de Panne für sich entscheiden.
Ende 2014 trat Willems vom aktiven Radsport zurück und wurde assistierender Sportlicher Leiter des Teams Lotto Soudal.[1]
↑Gwendoline Gerres: Lotto Soudal - Staff. In: Lotto Soudal. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 17. November 2015; abgerufen am 15. November 2015 (niederländisch).Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.lottosoudal.be
