Willi August Herrmann wurde am 24. Januar 1893 in Berlin-Charlottenburg geboren. Nach einer Ausbildung zum Bühnenbildner kam er bereits 1914 zum Film: Er begann als zweiter Architekt bei der Produktionsfirma Greenbaum-Film, wo er bald zum Chefarchitekt ernannt wurde und für die Bauten bei Max Macks "Das Wiegenlied" (1915) verantwortlich zeichnete. Dennoch wechselte er im selben Jahr zur Decla Film. 1917 wurde er zum Kriegsdienst im Ersten Weltkrieg eingezogen. 

Nach seiner Heimkehr 1918 konnte Willi A. Herrmann seine Karriere nahtlos fortsetzen. Er wirkte an zahlreichen Filmen von Richard Eichberg mit (u.a. "Die letzte Liebesnacht der Inge Tolmein", 1918; "Kinder der Landstraße", 1919) und entwarf die Kulissen für die Regiedebüts von F.W. Murnau ("Der Knabe in Blau", 1919) und Conrad Veidt ("Wahnsinn", 1919). Für Lupu Pick gestaltete er die Bauten des Anti-Todesstrafen-Dramas "Tötet nicht mehr!" (1919). Mehrfach arbeitete er auch an den Sensationsfilmen von Harry Piel (u.a. "Über den Wolken", 1919). 

Egal um welches Genre es ging, war Willi A. Herrmann als Szenenbildner sehr gefragt – und sehr fleißig. Allein für das Jahr 1921 listet seine Filmographie rund 20 Titel, darunter Lupu Picks Gesellschaftskomödie "Der Dummkopf" und Harry Piels Dreiteiler "Der Reiter ohne Kopf". Weitere bedeutende Filme bis 1933 waren Otto Ripperts Zirkusdrama "Die brennende Kugel" (1923), die Harry-Piel-Filme "Sein größter Bluff" (1927), "Rätsel einer Nacht" (1927) und "Mann gegen Mann" (1928), Hans Behrendts "Die Schmugglerbraut von Mallorca" (1929) sowie die Krimis "Der Schuß im Tonfilmatelier" (1930) und "Schuß im Morgengrauen" (1932), beide unter der Regie von Alfred Zeisler, mit dem Herrmann häufig arbeitete. Mit Erich Schönfelders "Kampf" (1932) stattete er zudem das äußerst seltene Beispiel eines deutschen Autorennfahrerfilms aus.

Nach der Machtübernahme der Nazis konnte Herrmann seine Arbeit fortsetzen und zeichnete bei einigen der bekanntesten Filme dieser Zeit für die Bauten verantwortlich. Als Beispiele seien Harry Piels Zirkusfilm "Artisten" (1935), Richard Eichbergs "Der Tiger von Eschnapur" (1938) und der Heinz-Rühmann-Klassiker "Nanu, Sie kennen Korff noch nicht?" (1938) genannt. Herrmann wirkte allerdings – wie zahlreiche Filmschaffende dieser Ära – auch an expliziten NS-Propagandafilmen mit, darunter Herbert Selpins in China spielender Abenteuerfilm "Alarm in Peking" (1937) und Arthur Maria Rabenalts "Fronttheater" (1942). In der Spätphase des Krieges gestaltete er vor allem Komödien von und mit Heinz Rühmann, mit dem er bereits Ende der 1930er Jahre zusammengearbeitet hatte: "Sophienlund" (1943), "Die Feuerzangenbowle" (1944), "Der Engel mit dem Saitenspiel" (1944) und "Quax in Afrika" (1944), der allerdings von den Alliierten verboten wurde und in Deutschland erst 1953 zur Aufführung kam.

1948, drei Jahre nach Kriegsende und der Befreiung Deutschlands, konnte Herrmann im neu startenden Filmgeschäft direkt wieder Fuß fassen. Seine ersten Arbeiten waren die Szenenbilder für die beiden Rabenalt-Filme "Anonyme Briefe" (1949) und "Martina" (1949). Bis 1961 gestaltete er die Szenenbilder zahlreicher, künstlerisch meist wenig auffälliger Unterhaltungsfilme. Zu den bekanntesten Werken gehören die Operettenverfilmung "Die Dubarry" (1951), Kurt Hoffmanns Gaunerkomödie "Klettermaxe" (1952), Robert A. Stemmles Kästner-Verfilmung "Emil und die Detektive" (1954) und das Theo-Lingen-Lustspiel "Die Unschuld vom Lande" (1957). 

Nach der Heinz-Erhardt-Komödie "Drei Mann in einem Boot" (1961) zog Herrmann sich weitgehend vom Berufsleben zurück; seine bereits begonnene Vorarbeit für den Krimi "Eheinstitut Aurora" (1962) wurde von Albrecht Hennings übernommen. In den folgenden Jahren gestaltete er noch einzelne Szenenbilder für Fernsehspiele von Robert A. Stemmle und Wolfgang Schleif. Seine letzte Mitwirkung an einem Kinofilm war 1964 Rolf Olsens Western "Heiß weht der Wind" (DE/AT).

Willi A. Herrmann, dessen Filmografie rund 180 Titel umfasst, starb am 15. Februar 1968 in Berlin.