Willemsen verwierf bekendheid als vertaler van Portugese en Braziliaanse literatuur. Voor zijn vertaalwerk kreeg hij de Martinus Nijhoff Prijs. Ook was hij de auteur van autobiografische werken als het bekende Braziliaanse brieven, De val (het aangrijpende relaas van een alcoholist) en Vrienden, vreemden, vrouwen. Met zijn essayistische werk bracht hij verder de moderne Braziliaanse en Portugese poëzie onder de aandacht van Nederlandse en Vlaamse lezers.
Recentelijk verscheen van zijn hand een nieuwe editie van De Goddelijke Kanarie, een boek over het Braziliaanse voetbal.
