Après des études de droit qui le mènent d'abord, pendant la Seconde Guerre mondiale, à prendre un poste dans le service du Ravitaillement, au sein du groupement de la pêche, Paul Willems est engagé en 1947 au Palais des beaux-arts de Bruxelles, dont il deviendra le secrétaire général en 1984. Parallèlement à cette carrière, il se lance dans la production littéraire, avec des romans et récits parus à partir de 1941. Mais c'est son œuvre dramatique, encouragé par l'animateur du « Rideau de Bruxelles » Claude Etienne, qui lui vaut ses plus grands succès. Sa première pièce, Le Bon Vin de Monsieur Nuche, paraît en 1949. En 1958, Il pleut dans la maison lui assure une renommée internationale. Il reçoit le Prix quinquennal de littérature en 1980. Son fonds posthume, conservé aux Archives et Musée de la littérature de Bruxelles, contient plusieurs pièces inédites pour marionnettes.