Wilhelm Killmayer wurde am 21. August 1927 in München geboren. Von 1945 bis 1951 studierte er am Münchner Musikseminar von Hermann Wolfgang von Waltershausen. Anschließend nahm er Unterricht bei Carl Orff (1951 bis 1953) und war Schüler in dessen Meisterklasse an der Staatlichen Musikhochschule in München. Gleichzeitig studierte er Musikwissenschaft bei Rudolf von Ficker und Walter Riezler sowie Germanistik an der Münchner Universität.
Für sein breites, alle Gattungen umfassendes kompositorisches Schaffen wurde Wilhelm Killmayer vielfach ausgezeichnet, so unter anderem 1954 für seine "Missa brevis" mit dem Preis der Fromm Music Foundation in Chicago; 1965 mit dem Prix Italia für "Une leçon de français", 1974 mit dem "Rostrum of Composers", Paris für seine "Sinfonie I (Fogli)" und 1989 mit dem Paul-Hindemith-Preis des Schleswig-Holstein-Musikfestivals.
Wilhelm Killmayer lebte in München und am Chiemsee und starb am 20. August 2017 in Starnberg (Oberbayern, Deutschland).