Lehmann, der mit Arnold Böcklin befreundet war, wurde Mitglied der Münchener Secession und war 1906 deren Schriftführer. 1901 bis 1903 war er Mitglied der Eidgenössischen Kunstkommission und 1903 deren Vizepräsident. Sein Ansehen als Künstler ist durch zahlreiche öffentliche Aufträge für Gemälde und Ausmalungen in öffentlichen Gebäuden der Schweiz dokumentiert. Er lehrte von 1923 bis 1931 an der ETH Zürich Architektur und Landschaftsmalerei.
Neben seinen zahlreichen Landschaften der Schweiz entstanden aufgrund längerer Reisen vor allem Landschaften aus Nordfrankreich (1895–1899), von der Fraueninsel im Chiemsee (1903–1905) und auf der Insel Sylt (1926–1928). Als Autor verfasste er die Biographie seines Zürcher Architekturprofessors Ernst Georg Gladbach und weitere Biographien von Künstlerkollegen wie Konrad Grob, Richard Kissling, Rudolf Koller, Adolf Stäbli oder Albert Welti.
Wilhelm Ludwig Lehmann. In: Hans Vollmer (Hrsg.): Allgemeines Lexikon der bildenden Künstler des XX. Jahrhunderts. Band3: K–P. E. A. Seemann, Leipzig 1956, S.204 (Textarchiv – Internet Archive – Leseprobe).