Willemoesgade er navngivet i 1899 og opkaldt efter en dansk søhelt, løjtnant Peder Willemoes (1783-1808), der især udmærkede sig i slaget på Reden den 2. april 1801.

I 1898 udlagde ejeren af den pågældende del af området - fabrikant Viggo Ormslev - gaden i 25 alens bredde på strækningen fra Trøjborgvej til Niels Juels Gade. På et byrådsmøde den 23. november 1899 vedtoges det at udlægge og anlægge resten af gaden ved kommunens foranstaltning, og dette skete i første omgang frem til Otte Ruds Gade og i 1930 frem til Nordre Ringgade.

Den tidligste bebyggelse blev opført i gadens sydligste del i tiden frem til 1916 med en afbrydelse af byggeaktiviteten i årene 1902-11. Den øvrige randbebyggelse langs gadens østside opførtes i 1926-36, bl.a. på foranledning af Arbejdernes Byggeforening, der var bygherre for en stor del af denne. Langs gadens vestside på strækningen mellem Niels Juels Gade og Otte Ruds Gade opførtes i 1900-01 bygningerne for Trøjborg Bryggeri efter tegninger af arkitekt Thorkel Møller. I samme karré opførtes i 1912 hjørnebygningen ved Otte Ruds Gade efter tegninger af arkitekt Axel Høeg-Hansen for A/S Otto Mønsted, der havde overtaget bryggerikomplekset i 1908 til sin margarineproduktion.

I 1930 overtoges det af Jyllands Papirværk A/S, som lod direktørboligen på hjørnet ved Niels Juels Gade nedrive for i 1949 at opføre nye fabriksbygninger efter tegning af arkitekt J. K. Schmidt. I karréen nord for Otto Ruds Gade opførtes i 1901 en spritfabrik, der også blev tegnet af arkitekt Thorkel Møller. Spritfabrikationen ophørte i 1919, hvorefter A/S Jysk Elektro ejede bygningerne indtil 1968. I 1969 blev bygningskomplekset nedrevet, og i 1976 opførtes Trøjborg Centeret.

De ældste bygninger fremstår med renæssanceinspirerede facadeudtryk i form af pudsdekorationer omkring døre og vinduer samt refendfugede underetager. Den øvrige etageboligbebyggelse er opført i rødt murværk med enkle facadeudtryk, der i gadens nordlige ende er præget af den tidlige funktionalisme. Den ensartede randbebyggelse fra nr. 26-50, der får sin facademæssige variation ved de risalitmarkerede trappefag, har været udsat for en omfattende vinduesudskiftning, der degraderer det oprindelige facadeudtryk.

Vestsiden af gaden mellem Niels Juels Gade og Otto Ruds Gade domineres af de tidligere fabriksbygninger, der nu anvendes af Århus Universitet.

Gaden stiger som helhed jævnt fra Niels Juels Gade op mod Nordre Ringgade. Gaderummet er generelt set veldefineret af bebyggelsen men tilføres en noget diffus karakter ved Trøjborg Centerets bagfacade, der her er omgivet af parkeringsarealer.

Trafikalt er Willemoesgade spærret for færdsel fra Nordre Ringgade.

Trods parkeringsaktiviteter bl.a. til Universitetet og en del vareindlevering til Trøjborg Centeret fremstår Willemoesgade som en nogenlunde rolig gade uden væsentlige trafik- eller støjmæssige gener.

Se arkitekturtegninger og byggesagskorrespondance på Aarhus Kommunes digitaliserede byggesagsarkiv på https://byggesager.aarhuskommune.dk/