Thimo Willems (Jette, 9 februari 1996) is een Belgisch wielrenner die van 2019 tot 2021 voor Sport Vlaanderen-Baloise reed.  Vanaf 2022 rijdt hij voor het continentale team Minerva CT. Een jaar later stapte de Belg over naar het Nederlandse VolkerWessels Cycling Team.

Biografie 
Willems ondertekende in 2013 een amateurcontract bij Cube Spie-Douterloigne. In 2014 won hij met de derde etappe van de Internationale Junioren Driedaagse van Axel zijn eerste juniorenwedstrijd. De Memorial Danny Jonckheere won hij tweemaal, waardoor hij mede-recordhouder is van deze wedstrijd.

In september 2018 ondertekende Willems een profcontract voor twee jaar bij Sport Vlaanderen-Baloise. In zijn eerste profseizoen won hij het bergklassement in de Ronde van Turkije.

Belangrijkste overwinningen  
2017
Memorial Danny Jonckheere

2018
Memorial Danny Jonckheere
1e etappe Ronde van Moselle

2019
 Bergklassement Ronde van Turkije

2022
Grote Prijs Vermarc Sport

Resultaten in voornaamste wedstrijden

Ploegen 
 2013 —  Cube Spie-Douterloigne 
 2014 —  APT Spie-Douterloigne 
 2015 —  BCV Works-Soenens
 2016 —  Prorace Cycling Team
 2017 —  EFC-L&R-Vulsteke
 2018 —  EFC-L&R-Vulsteke
 2019 —  Sport Vlaanderen-Baloise
 2022 —  Sport Vlaanderen-Baloise
 2021 —  Sport Vlaanderen-Baloise
 2022 —  Minerva Cycling Team
 2023 —  VolkerWessels Cycling Team

Belgisch wielrenner