Willyan Mimbela se formó en las canteras de la Academia Cantolao y en 2009 pasó al equipo sub-20 del Juan Aurich.
Tras realizar una buena campaña recibió ofertas de clubes de Europa como el Chelsea F. C. y el Hamburgo S. V.,[5][6] para integrar sus equipos juveniles, finalmente decidió ir a prueba al Hamburgo, donde dejó buenas impresiones pero no llegó a concretar su fichaje.
[8] En este certamen compartió equipo con jugadores que luego se destacarían, como Edison Flores, Andy Polo, Carlos Cáceda, Christofer Gonzáles, Néstor Duarte, Álvaro Ampuero, entre otros.
En la temporada 2011, bajo la dirección técnica del peruano José Guillermo "Chemo" Del Solar, sumó varios minutos con casaquilla crema, aunque sin lograr consolidarse en el primer equipo debido a la dura competencia en su puesto, motivada por el amplio plantel que se había armado para ese año.
Ante esta situación, a pesar de que venía recibiendo mayores oportunidades y "Chemo" Del Solar lo consideraba uno de los valores más importantes para la siguiente temporada, a fines del año 2011, Mimbela optó por poner punto final a su paso por tienda merengue y rescindió su contrato amparándose en las reglas FIFA que le permitían quedar libre por la cantidad de meses adeudados.
[9][10] El equipo principal del Internacional contaba con los argentinos Andrés D'Alessandro, Pablo Guiñazu, Mario Bolatti y Jesús Dátolo y esperaba cerrar la venta de este último a mitad de año, liberando un cupo para poder inscribir al peruano en el primer equipo.
En el equipo bajopontino fue dirigido por el estratega peruano Roberto Mosquera, quien luego dejó el cargo por desacuerdos con la directiva y fue reemplazado por el argentino Claudio Vivas.
En su primer semestre con Sporting Cristal jugó 6 encuentros con el plantel profesional y reforzó en varias oportunidades al equipo de reservas, completando una irregular Temporada 2013.
A nivel de la prensa se discutía si habían sido separados del plantel por el entrenador, sin embargo, esta versión fue desestimada por el propio Mosquera, quien señaló que su suplencia se debía únicamente a decisiones técnicas y que ambos jugadores formaban parte del plantel aliancista y venían entrenando normalmente.
Finalmente, debuta ese año anotando un gol contra Alianza Atlético de Sullana, convirtiéndose en habitual titular durante la temporada.
En el año 2018 ficha por Unión Comercio, siendo de vital importancia para que el equipo mantenga la categoría, terminando en el puesto 10° del acumulado con 55 puntos.