Wilmink werd in 1936 geboren aan de Javastraat 167 te Enschede in een socialistisch geëngageerd gezin. Hier maakte hij de Tweede Wereldoorlog mee. Hij beschrijft ergens dat hij moest schuilen in de kelder. Later is het gezin verhuisd naar villa De Koepel in Usselo.[1] Zijn vader was procuratiehouder in de textiel. Na het behalen in 1954 van zijn eindexamen Gymnasium-α aan het Christelijk Lyceum in Almelo, ging Wilmink Nederlands studeren aan de Universiteit van Amsterdam. Na zijn kandidaats studeerde hij ook Geschiedenis. Gedurende zijn studie schreef hij zijn eerste gedichten en cabaretteksten. Hij publiceerde in de "Almanak van de vereniging USA" en schreef teksten voor de studentencabaretgroep "La Pie Qui Chante" (De zingende ekster). In 1960 in het laatste jaar van zijn studie werd Wilmink leraar aan het Vossius Gymnasium te Amsterdam.
Van 1961 tot 1978 was Wilmink universitair docent moderne letterkunde aan het Instituut voor Neerlandistiek van de Universiteit van Amsterdam. Wilmink had in zijn jeugd accordeonles gehad en trad tijdens de feestavonden van zijn vakgroep op met zijn accordeon en zong smartlappen of tekstbewerkingen van middeleeuwse liederen. Hij vertaalde onder meer de Beatrijs uit het Middelnederlands in het modern Nederlands.[2] In 1988 promoveerde Wilmink aan de Katholieke Universiteit Brabant met een proefschrift over de poëzie van Hendrik de Vries. Hij was ook bekend als literair vertaler en bezorger van gedichten van Emily Dickinson en W.H. Auden. In samenwerking met neerlandici vertaalde hij het verhaal van de legendarische Ierse heilige Brandaan. Hij leverde in samenwerking met de neerlandicus W.P. Gerritsen ook vertalingen voor de bundel Lyrische lente, een bloemlezing van middeleeuwse poëzie. Een aantal beschouwingen over middeleeuwse literatuur bundelde hij onder de titel Mijn middeleeuwen. Ook schreef Wilmink historische artikelen over kathedralen en de herkomst en geschiedenis van het Belgisch bier.
Vanaf 1965 schreef Wilmink gedichten, essays, liedjes en proza voor de literaire tijdschriftenTirade, Maatstaf en De Revisor. Zijn literair debuut was in 1966 met de dichtbundel Brief van een Verkademeisje. Van 1968 tot 1970 was hij de poëzierecensent voor het dagblad De Tijd.
Met zijn eigen begeleidingsgroep Quasimodo trad Wilmink in de jaren '90 regelmatig op als zanger, waarbij hij ook de accordeon bespeelde. Zijn liederen zijn ook door veel anderen vertolkt, waaronder Herman van Veen (Hilversum III, Als het net even anders was gegaan, De bom valt nooit, Signalen), Wieteke van Dort (Arm Den Haag), Joost Prinsen (Frekie), de cabaretgroepDon Quishocking (Oude school) en Boudewijn de Groot (Spelende meisjes). Ook scheef Wilmink teksten voor gitarist en componist Karel Bosman. Veel van zijn teksten zijn door Harry Bannink en Frank Deiman op muziek gezet. Later maakte ook zijn stiefdochter Marieke Moll composities op Wilminks teksten. Tien jaar na het overlijden van Wilmink publiceerde weekblad HP/De Tijd een top tien van zijn beste liedjes.[3]
Wilmink heeft veel kinderboeken op zijn naam staan. Aanvankelijk richtte hij zich op volwassenen, maar later werden kinderen zijn voornaamste doelgroep. Wilmink schreef gedichten en verhalen voor volwassenen en voor kinderen, teksten voor cabaret en televisie en een driedelige cursus over gedichten schrijven. Hij bewerkte oude teksten zoals "De reis van Sint-Brandaan" uit de 12e eeuw en verklaarde het Wilhelmus. Hij vertaalde gedichten en prentenboeken uit het Duits, Engels, Frans en Afrikaans. De tekst van de Carmina Burana vertaalde Wilmink in het Nederlands voor een serie uitvoeringen die op 11 mei 1996 in Enschede in première ging en ook op cd uitkwam. Verder schreef hij met Peter van Gestel de scenario's voor de bekroonde televisiefilms "Het Verhaal van Kees" (1989) en "Richting Engeland" die door André van Duren werden geregisseerd.
In 1995 heeft de Stichting De Roos de door Simon Koene geïllustreerde, bibliofiele uitgave Muzikale Beelden uitgegeven met gedichten bij De Schilderijententoonstelling en De Kinderkamer van Modest Moessorgski en Het Carnaval de Dieren van Camille Saint-Saëns. In het kader van 'Gedicht op de Muur' georganiseerd door Hengelo Leest werd op donderdag 20 december 2018 het gedicht 'Het menselijk geluk' onthuld door zijn vrouw Wobke op de zijmuur van Ten Eekelder Schoenen aan de Enschedesestraat in Hengelo
Wilmink had een speciale band met Twente. Hij is niet alleen in de Javastraat in Enschede geboren, maar er ook gestorven. Op latere leeftijd wilde hij terug naar Twente. In 1991 ging hij wonen in de Javastraat, niet ver van zijn geboortehuis. In de maanden juli, augustus en september verschenen in de regionale krant Dagblad Tubantia zijn gedichten Javastraat, met herinneringen uit zijn jeugd. Een jaar later werden op de voorpagina op de maandagen een cursiefje "Wilmink op maandag" gepubliceerd waarin veelal de actualiteit ter sprake kwam. Direct na het overlijden van Willem Wilmink verzocht de gemeente Enschede een boek samen te stellen, een symbolisch monument, waarin de verknochtheid van de schrijver aan Enschede tot uitdrukking wordt gebracht. Een prestigieuze uitgave die de gemeente gebruikt als relatiegeschenk.
Willem Wilmink sprak net als zijn vriend Herman Finkers Twents Nedersaksisch. Hij was trots op zijn streektaal. Hij schreef ook in het Twents, in ‘t Kupersdieks zoals hijzelf zei. Zo publiceerde hij Heftan tattat! (24 gedichten in t stadsplat) ("heftan tattat" betekent: "(hij) heeft het aan het (zijn) hart gehad"). Een van de gedichten begint als volgt:
Op nen dag
Op nen dag dreenk iej gin Grolsch meer...
loop iej nich meer deur de stad.
Al oew’ wille en al oew hartzeer
he'j dan had.
(wille is plezier)
In 1997 werd de Johanna van Burencultuurprijs aan hem toegekend, voor het bevorderen van de cultuur en streektaal van Oost-Nederland.
In 2007 werd in het Enschedese Muziekcentrum een bronzen beeldengroep van de beeldhouwer Don Englander onthuld, met staand Willem Wilmink en zittend aan de vleugel zijn vriend Harry Bannink.
In 2011 werd er op de Kuiperberg bij Ootmarsum door zijn weduwe Wobke Wilmink een monument onthuld, dat is ontworpen door Desirée Groot Koerkamp.
In 1974 kreeg Wilmink de Louis Davids-prijs
In 1983 werden zijn kindergedichten Dicht langs de huizen, bekroond met de Zilveren Griffel.[4]
In 1988 werd de Theo Thijssenprijs aan hem toegekend. Naast de al eerder genoemde Johanna van Burencultuurprijs en de beelden in Enschede en Ootmarsum werd
1988 - Ze zeggen dat de aarde draait: 37 nieuwe gedichten (Bert Bakker), ISBN 90-351-0649-0
1990 - Moet worden gevreesd dat het nooit bestond?: 34 nieuwe gedichten (Bert Bakker), ISBN 90-351-0971-6
1992 - Heftan tattat!: gedichn in t stadsplat (De Oare útjouwerij), ISBN 90-71610-16-0
1993 - Javastraat, Uitgebreid met een oud en een nieuw lied, twee oude gedichten en een inleiding: Waarom en hoe ik schrijf (De Oare útjouwerij), ISBN 90-71610-20-9
1994 - Ernstig genoeg: negen nieuwe gedichten (De Oare útjouwerij), ISBN 90-71610-25-X
1996 - Carmina Burana, Orffs keus vertaald (De Oare útjouwerij), ISBN 90-71610-32-2