Obec Vilémov leží v západní části Šluknovského výběžku, v údolí mezi Ječným vrchem (502 m n. m.) na severu a vrchem Tanečnice (597 m n. m.) na jihu. Protéká jí Vilémovský potok, který tvoří horní tok říčky Sebnitz (Žebnice), vlévající se do Labe. Pramení východně od Plešného vrchu (593 m n. m.) v nadmořské výšce 535 m. K obci náleží osada Dolina, původně zvaná Franzthal a ještě předtím Hofeleiten.

Obec pochází patrně ze 13. století, ale první písemná zmínka je až z roku 1410. V současné době žije v obci 926 obyvatel. V obci stojí za vidění kostel Nanebevzetí Panny Marie, křížová cesta a kaplička nad léčivým pramenem. Z technických památek pak železniční most postavený v letech 1903 až 1904.