En 1953, une rencontre avec Pablo Picasso, qui lui offre son premier Rolleiflex, change la trajectoire de sa carrière. Cette rencontre devient le point de départ d'une collaboration unique entre les deux artistes.
Villers réalise de nombreux portraits de Picasso et, ensemble, ils créent une œuvre à quatre mains composée de centaines de photographies expérimentales. Trente de ces images sont publiées en 1962 sous le titre Diurnes (Paris, Berggruen), accompagnées d'un texte de Jacques Prévert. Ce travail marque un tournant dans la carrière de Villers, qui devient l'un des photographes les plus sollicités de son époque. Il réalise ainsi les portraits d'artistes célèbres tels que Fernand Léger, Alexander Calder, Hans Hartung et César, mais aussi de Luis Buñuel, Jean Cocteau, Jacques Lacan, Jacques Prévert et bien d'autres. Apprécié de ses pairs pour sa personnalité douce et sensible, ces derniers se laissaient facilement charmer par son objectif et sa bienveillance.
Dans les années 1970, André Villers introduit une approche novatrice dans sa pratique photographique en créant ses propres négatifs à partir de morceaux de papier calque, expérimentant ainsi de nouvelles manières de capturer l'ombre et la lumière. Cette quête de transparence et de profondeur devient le cœur de son œuvre. Au fil des ans, il continue d'explorer diverses techniques, notamment à travers une série de découpages de papier à partir des années 2000, qui viennent compléter ses recherches esthétiques.
En parallèle de son travail photographique, André Villers s'est également illustré dans les arts plastiques. Il est particulièrement reconnu pour ses collages, ses pliages d'ombres et ses découpages, ainsi que pour sa série de « photographes » en carton vivement colorés, une œuvre qui oscille entre photographie et art visuel.