Zentrale Sehenswürdigkeit von Willisau ist seine Altstadt in einer ungewöhnlichen, rechteckigen Form, mit Ringmauer und mit je einem Turmtor im Osten und Westen. Die Stadtanlage präsentiert sich heute so, wie nach dem Wiederaufbau nach dem letzten verheerenden Stadtbrand von 1704. Besonders schön sind Müligass (mit altem Holzhaus), Stadtmühle (heutiges Kulturlokal und Musikinstrumentensammlung), Pfarrkirche, Rathaus und Stadtbrunnen. Auffallend sind auch zahlreiche alte Gasthaus-Schilder, die auf die historischen Raststätten an der wichtigen Ost-West-Route verweisen.

In der intakten Hügellandschaft rund um Willisau findet sich ein weit verzweigtes Netz an Wander- und Bikerouten. Ein «Jubiläumsweg» zur 700-Jahr-Feier Willisaus führt über 10km rund um den Ort. Durch Willisau führt auch eine der Jakobsweg-Routen.

Wahrzeichen der Kleinstadt sind die Willisauer Ringli, ein hartes, sehr geschmackvolles Honig-Rundgebäck mit langer Tradition und nach geheimem Rezept der Firma Hug, die übrigens auf einem Rundgang besichtigt werden kann (mit Fabrikladen). Ebenfalls besichtigt werden kann die Distillerie Willisau mit ihren hochprozentigen Produkten.

Willisau verfügt mit der Sportanlage Schlossfeld über eine der grossen Trainingsanlagen des Landes mit angegliederten Unterkünften für bis zu 250 Personen - geeignet für verschiedenste Trainingslager und Kurse.

Beliebter Freizeitspass für Gruppen ist Goldwaschen. Zum touristischen Angebot Willisaus gehören nebst anderem Rösslifahrten, Maultierreiten und Lamatrekking sowie der Nordic Walking Park. In der näheren Umgebung sind in Alberswil das Schweizerische Landwirtschaftsmuseum Burgrain und die Ruine Kastelen, in Ettiswil das spätmittelalterliche Wasserschloss Wyher oder die gewaltige Anlage des ehemaligen Klosters St. Urban ein Besuch wert.