Libby là một thành viên được bầu vào Học viện Khoa học Quốc gia, Học viện Mỹ thuật và Khoa học Hoa Kỳ, và Hiệp hội Triết học Hoa Kỳ.\

Ngoài giải Nobel, ông đã nhận được nhiều danh hiệu và giải thưởng, trong đó có Huân chương Chandler của Đại học Columbia năm 1954, Giải thưởng Bài giảng Tưởng niệm Remsen năm 1955, Giải thưởng Bài giảng Hai mươi năm của Trường Cao đẳng Thành phố New York và Giải thưởng Các ứng dụng hạt nhân trong Hóa học năm 1956, Giải thưởng Elliott Cresson của Viện Franklin năm 1957, Giải Willard Gibbs của Viện Hóa học Hoa Kỳ năm 1958, Giải thưởng Joseph Priestley của trường Cao đẳng Dickinson và Huy chương Albert Einstein năm 1959, Hội Hoạ học Arthur L. Day của Hoa Kỳ năm 1961, Huy chương vàng của Viện Hóa học Hoa Kỳ năm 1970, và Giải thưởng Lehman từ Học viện Khoa học New York năm 1971. Ông được bầu làm thành viên của Học viện Khoa học Quốc gia năm 1950.

Thư viện Trường Trung học Analy có bức tranh tường Libby, và công viên đô thị Sebastopol và một xa lộ gần đó được đặt tên để tôn vinh ông. Bài báo năm 1947 của ông về việc xác định niên đại bằng phóng xạ đã được vinh danh bởi Giải thưởng Khuynh hướng Citation for Chemical Breakthrough của Phòng Lịch sử Hoá học của Hiệp hội Hoá học Hoa Kỳ đưa ra cho Đại học Chicago vào năm 2016.