Nachdem das Athenaeum Illustre von Deventer 1864 geschlossen worden war, wurde er Konservator des physikalischen Kabinetts des Teylers Museums in Haarlem, wo Jacob Gijsbertus Samuël van Breda neun Monate zuvor zurückgetreten war. In den Jahren als Konservator hat Van der Willigen 51 Schriften herausgegeben.[6][7]
Als Wissenschaftler forschte Van der Willigen über physische Einheiten von Länge und Masse. Er publizierte viel über Licht und Brechungsindex, aber auch über Magneten. Van der Willigen war Teil der Gesellschaft von Haarlem – er war von 1864 bis zu seinem Tod Mitglied im Stadtrat von Haarlem.