Seit im Jahr 1984 Roger Willemsens erstes Buch erschien („Das Existenzrecht der Dichtung“), war Willemsen stets hauptberuflich Autor gewesen. 1991 begann darüber hinaus seine Fernsehkarriere, zunächst als Moderator der Live-Interviewsendung „0137“ beim Bezahlsender Premiere, für die er unter anderem mit dem Grimme-Preis in Gold ausgezeichnet wurde. Anschließend, von Oktober 1994 bis Juni 1998, war er Gastgeber der 60-minütigen Talkshow „Willemsens Woche“ im ZDF.
Gleichzeitig schuf er seit 1993 mit seiner eigenen TV-Produktionsfirma NOA-NOA Dokumentationen, Interviewformate, Themenabende und Gala-Veranstaltungen, darunter eine dreistündige Sendung aus der Berliner Philharmonie anlässlich des 10. Todestages von Herbert von Karajan und die ZDF-Reihe „Gipfeltreffen“. Von 1999 bis 2001 war Willemsen mit NOA-NOA zudem verantwortlich für Konzept, Programm und Moderation der Grimme-Preis-Verleihung, die bereits seit 1998 von Willemsen moderiert wurde.
Willemsen war zeitweilig auch Moderator des Kulturmagazins „Aspekte“ und Interviewer für „Zeugen des Jahrhunderts“. Von Januar 1999 bis November 2000 moderierte er für den WDR die monatliche Kultursendung „Nachtkultur mit Willemsen“, in der er jeweils ein aktuelles Thema aus Kunst und Kultur mit seinen Gästen diskutierte.
Sein Debüt als Regisseur gab Roger Willemsen mit dem Dokumentarfilm „Non Stop – Eine Reise mit Michel Petrucciani“, der im April 1996 erst von Arte und anschließend vom ZDF ausgestrahlt wurde und inzwischen in dreizehn Ländern gesendet wurde. Es folgten für ZDF/ARTE „Timothy Leary – Der letzte Trip“, „Gerhard Schröder – Vom Kandidaten zum Kanzler“ und „Bordelle der Welt“. Für das ZDF entstanden „Der Literaturpapst“ zum 80. Geburtstag von Marcel Reich-Ranicki (gemeinsam mit Reinhold Jaretzky) und für die Deutsche Welle „Welcome Home. Künstler über Deutschland“.
2011 war Willemsen Koproduzent und Mitwirkender des von „Il Postino“-Regisseur Michael Radford gedrehten Films „Michel Petrucciani – Leben gegen die Zeit“, der auf dem Filmfestival von Cannes seine Premiere erlebte.
Als Darsteller erschien Willemsen in Neele Vollmars vielfach preisgekröntem Film „Meine Eltern“ und in ihrem „Deutschlandlied“ sowie in Einspielfilmen für Anke Engelke und Bastian Pastewka.
Für den Deutschen Pavillon der Expo 2000 in Hannover schuf Willemsen aus Gesprächen mit 55 Künstlern eine etwa zehnstündige Videoinstallation mit dem Titel „Welcome Home. Künstler sehen Deutschland“, die ein facettenreiches, detailscharfes und kritisches Bild Deutschlands zeichnete. Eine Auswahl dieser Interviews erschien im Februar 2001 in Buchform.
Als Neuauflage einer Gesprächsreihe, die Willemsen ehemals im Münchner Gasteig als „Kultur im Gespräch“ verwirklicht hatte (und bei der u.a. Hans-Werner Henze und Gerard Mortier zu Gast gewesen waren), realisierte er von der Spielzeit 2000 an bis zum Frühjahr 2002 „Das Bühnengespräch“ im Deutschen Schauspielhaus Hamburg. Dort bat Roger Willemsen prominente Vertreter des kulturellen Lebens (u.a. Ivan Nagel, Nike Wagner, Robert Gernhardt, Ingo Metzmacher, Carl Djerassi, Meret Becker) zu ausführlichen Gesprächen auf die Bühne.
Insgesamt interviewte Willemsen in den neunziger Jahren über zweitausend Gäste, darunter Yassir Arafat, Madonna, Isaac Stern, Yehudi Menuhin, Sting, König Hussein von Jordanien, der Dalai Lama, Michail Gorbatschow, Lech Walesa, Carlos Menem, Jacqueline Bisset, Isabelle Huppert, Charlotte Rampling, Emmanuelle Béart, Audrey Hepburn, Margaret Thatcher, Jane Birkin, John le Carré, Mikis Theodorakis, John Malkovich, Michel Piccoli, Yoko Ono.
Im Jahr 2002 löste Willemsen alle seine Fernsehverträge und kündigte an, sich aus dem Medium „bis auf Weiteres“ zurückzuziehen, kehrte aber zwischen Februar 2004 und Juli 2006 als Moderator des „Literaturclubs“ des Schweizer Fernsehen (SFDRS), der auch auf 3sat ausgestrahlt wurde, auf den Bildschirm zurück.
Eine Reise, die er im Jahr 2001 über Monate kreuz und quer durch Deutschland unternommen hatte, beschrieb er zunächst in einer kompletten Ausgabe des „SZ Magazins“; 2002 erschien „Deutschlandreise“ auch in Buchform und wurde ein großer Erfolg.
Seine folgenden Bücher – darunter „Gute Tage“, „Kleine Lichter“, „Afghanische Reise“, „Der Knacks“, „Ich gebe Ihnen mein Ehrenwort“, „Die Enden der Welt“, „Momentum“, „Das Hohe Haus“ und, posthum, „Wer wir waren“ – erschienen im S. Fischer Verlag. Viele von ihnen standen monatelang auf der Bestsellerliste des „Spiegel“ und wurden in Sprachen wie das Französische, Englische, Griechische, Persische, Niederländische, Koreanische übersetzt; sowohl von der „Deutschlandreise“ als auch von „Kleine Lichter“ und „Hier spricht Guantánamo“ entstanden Theateradaptionen, „Der Knacks“ wurde von Jan Müller-Wieland vertont.
Mit seiner gereimten Fassung vom „Karneval der Tiere“ ging Willemsen viele Jahre lang mit den beiden Pianistinnen Anna und Ines Walachowski oder ganzen Orchestern auf die Bühne. Mit den Walachowski-Schwestern war er ab Herbst 2005 auch mit „Ein Schuss, ein Schrei. Das Meiste von Karl May“ auf Tournee: Diese Karl-May-Revue, „das ultimative Maysical“, kombinierte humoristisch gereimte Zusammenfassungen der Karl-May-Romane mit korrespondierender Musik für zwei Klaviere oder vier Hände. Andere musikalisch-literarische Programme wurden von Willemsen zusammen mit der ukrainischen Pianistin Olena Kushpler, dem Pianisten Frank Chastenier, der Sängerin Anne-Theresa Møller, der Geigerin Isabelle Faust, dem Geiger Daniel Hope, dem Ensemble Disinvolto, dem Ensemble Resonanz, der WDR-Bigband und anderen realisiert.
Seit Herbst 2005 war Willemsen auch mit seinem humoristischen Erzählerprogramm „Und du so?“ auf Bühnen in ganz Deutschland und der Schweiz unterwegs. Von März 2007 bis 2013 stand er mit Dieter Hildebrandt und dem Programm „Ich gebe Ihnen mein Ehrenwort. Die Weltgeschichte der Lüge“ auf großen Bühnen in Deutschland, der Schweiz und Österreich. Im Frühjahr 2011 feierte er im Kölner Schauspielhaus Premiere mit „Mir kocht die Blut“ – ein Programm über Querulanten, das er mit Anke Engelke realisierte. Ab Frühjahr 2014 war Willemsen mit dem Bühnenprogramm zu „Das Hohe Haus“ unterwegs, gemeinsam mit Annette Schiedeck und Jens-Uwe Krause.
Roger Willemsen war Schirmherr des Mannheimer Literaturfestivals „Lesen: Hören“, Freund und Förderer der LitCologne, Schirmherr des Bonner Literaturhauses und im Jahr 2011 Gastgeber des Wiesbadener Literaturfestivals.
Neben seiner im engeren Sinn literarischen Arbeit und den daraus resultierenden Bühnenprogrammen war Willemsen immer auch als Publizist und Essayist tätig, oft mit zeit- und kulturkritischem, auch politischem Akzent. Schon 1991/92 schrieb er eine regelmäßige Kolumne für das „Zeit-Magazin“ und zwischen 1993 und 2002 eine für „Die Woche“. Für das „Zeit-Magazin“ schrieb er ab 2009 die Kolumne „Warum machen Sie das?“ und ab 2010 „Willemsens Jahreszeiten“. Darüber hinaus publizierte er Beiträge für „Der Spiegel“, „Die Zeit“, „Transatlantik“, „Süddeutsche Zeitung“, „Du“, „Neue Zürcher Zeitung“, „Das Magazin“ und andere Medien.
Darüber hinaus moderierte Willemsen Großveranstaltungen wie Themenkonzerte oder Filmmusikabende mit dem Münchner Rundfunkorchester, Open-Air-Konzerte mit Giuseppe Sinopoli in Dresden, Galas und Themenabende der LitCologne oder die Literarische Sommernacht auf WDR 5 mit Martin Stankowski. Andere Veranstaltungsreihen gestaltete er mit den Berliner Philharmonikern und der NDR Radiophilharmonie Niedersachsen.
Auch das Spektrum von Willemsens Hörfunkarbeiten war breit und reichte von den Radio-Dialogen „Die guten Deutschen“ (Radio Bremen) bis zu der Jazz-Sendung „Gefühlsausbrüche“ (WDR 5), von den zweistündigen monothematischen Literatur-und-Musik-Sendungen mit dem Titel „SpielArt“ (ehemals „Ohrenweide“, WDR 5) bis zu „Willemsen legt auf“ für NDR Kultur, eine Sendung aus dem Hamburger Rolf-Liebermann-Saal, die vor Publikum aufgezeichnet wurde.
Bereits 1995/96 hatte Willemsen eine Gastprofessur am Lehrstuhl für Literaturwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum inne und unterrichtete später wiederholt an der Hochschule für Film- und Fernsehen in München und an der Akademie für Publizistik in Hamburg. Ab dem Sommersemester 2010 lehrte Willemsen als Honorarprofessor am Institut für deutsche Literatur der Berliner Humboldt-Universität.
Roger Willemsen war Schirmherr des Afghanischen Frauenvereins e.V. und widmete sich zahlreichen humanitären Projekten in Afghanistan wie dem Bau von Schulen und Brunnen sowie der medizinischen Versorgung vor allem im ländlichen Norden des Landes. Auch zwischen seinen Reisen nach Afghanistan stand er in ständiger Verbindung mit dem Land, über das er zwei Bücher schrieb („Afghanische Reise“, „Es war einmal oder nicht“), und organisierte Benefiz- und Informationsveranstaltungen. Willemsen war mehr als zwanzig Jahre lang Botschafter von Amnesty International und unterstützte die Hilfsorganisationen CARE International und terres des femmes.
Willemsen wurde mehrfach ausgezeichnet, unter anderem erhielt er den Grimme-Preis in Gold, den Bayerischen Fernsehpreis, den Preis der ENIT für das beste Italien-Buch des Jahres 2000, die Empfehlung von PEN International für die englische Ausgabe der „Afghanischen Reise“, den Rinke-Preis 2009 für „Der Knacks“, den ITB Buch Award 2010 für „Die wundersamen Irrfahrten des William Lithgow“, den Felix-Rexhausen-Preis (gemeinsam mit Michael Lohse und Günter Frorath) für die SpielArt-Ausgabe „Er sucht ihn“, den Julius-Campe-Preis 2011, den Prix-Pantheon-Sonderpreis für soziales Engagement sowie die Ehrengabe der Heinrich-Heine Gesellschaft 2015.
Über sein Leben und Werk informiert der von Insa Wilke herausgegebene Band „Der leidenschaftliche Zeitgenosse“.