Han tok examen artium på Ullern gymnas i 1947 (med toppkarakterer) og var russeformann. I 1948 avtjente han førstegangstjenesten i Tysklandsbrigaden i Slesvig. Han studerte sosialøkonomi ved Universitetet i Oslo og ble cand.oecon. i 1953. Før han startet sin politiske karriere arbeidet han som sekretær i Norges Rederforbund fra 1951 til 1952 og som konsulent i Norges Industriforbund fra 1954 til 1963. Det vakte betydelig oppsikt da det i 1982 ble avslørt at Willoch som stortingsrepresentant også mottok lønn fra Rederiforbundet og senere også fra Industriforbundet.