Izglītību guva Vīnē, kur strādāja arī par žurnālistu. Kino karjeru sāka kā scenārists Berlīnē 1929. gadā, kur līdz 1933. gadam piedalījās 13 filmu scenāriju veidošanā.
Būdams ebrejs, B. Vailders bija spiests bēgt no Vācijas (viņa vecāki kļuva par holokausta upuriem). Pēc nacistu nākšanas pie varas viņš devās uz Parīzi, kur turpināja karjeru – debitēja kinorežijā ar filmu “Sliktā sēkla” (Mauvaise Graine, 1934). Nesagaidot šīs filmas pirmizrādi, 1933. gadā devās uz Holivudu, kur strādāja par scenāristu. Populāra kļuva komēdija “Ņinočka” (Ninotchka, 1939), ko pēc B. Vaildera scenārija veidoja režisors Ernsts Ļubičs (Ernst Lubitsch) ar Grētu Garbo (Greta Garbo) galvenajā lomā.
1942. gadā režisēja savu pirmo Holivudas filmu – romantisko komēdiju “Majors un nepilngadīgā” (The Major and the Minor, 1942). Novatorisks ir B. Vaildera trešais režijas darbs Holivudā – “Dubultā apdrošināšana” (Double Indemnity, 1944), kas izsauca plašu rezonansi gan izaicinošās tēmas un varoņu (mīlētāji, kuri plāno noziegumu), gan oriģinālās naratīva struktūras dēļ – filma veidota kā galvenā varoņa stāstījums, retrospekcija. “Dubultā apdrošināšana” ir viens no būtiskākajiem film noir darbiem kino vēsturē.
Film noir stilistiku un tematiku B. Vailders turpināja filmā “Sanseta bulvāris” (Sunset Blvd., 1950). Filma ir nesaudzīgs skatījums uz Holivudas industrijas aizkulisēm; galvenajās lomās Glorija Svensone (Gloria Swanson) un Viljams Holdens (William Holden).
Billijs Vailders spēlfilmas "Sanseta bulvāris" uzņemšanas laikā.
20. gs. 50. gados B. Vailders veidoja drāmu par vācu karagūstekņu nometnē ieslodzītajiem amerikāņu karavīriem “Stalag 17” (Stalag 17, 1953), kā arī pievērsās detektīva žanram filmā “Apsūdzības lieciniece” (Witness for the Prosecution, 1957), kurā tēloja Marlēne Dītriha (Marlene Dietrich). Šajā dekādē B. Vailders intensīvi veidoja romantiskās komēdijas – tapa filma “Sabrina” (Sabrina, 1954) ar Odriju Hepbernu (Audrey Hepburn) un Hamfriju Bogartu (Humphrey Bogart) galvenajās lomās.
Veidoja arī vairākas filmas ar Merilinu Monro (Marilyn Monroe). Kadrs no filmas “Septītā gada drudzis” (The Seven Year Itch, 1955) ar M. Monro plīvojošajā kleitā kļuvis par vienu no mūsdienās tiražētākajiem popkultūras tēliem. Sadarbību ar M. Monro B. Vailders turpināja filmā “Džezā tikai meitenes” (Some Like It Hot, 1959).
Nozīmīgs sasniegums ir romantiskā komēdija “Dzīvoklis” ar Šērliju Makleinu (Shirley MacLaine) un Džeku Lemonu (Jack Lemmon) galvenajās lomās, kas ieguva piecas Amerikas Kinoakadēmijas (Academy of Motion Picture Arts and Sciences, AMPAS) balvas “Oskars” (Oscar). Komēdijā, kuras darbība norisinās Berlīnē Aukstā kara laikā, “Viens, divi, trīs” (One, Two, Three, 1961) B. Vailders filmēja vienu no 30. gadu Holivudas zvaigznēm Džeimsu Kegniju (James Cagney). Savas karjeras izskaņā B. Vailders veidoja vairākas romantiskās komēdijas – “Saldumiņš Irma” (Irma la Douce, 1963) – par prostitūtas un policista attiecībām ar Š. Makleinu un Dž. Lemonu galvenajās lomās, “Noskūpsti mani, muļķīt” (Kiss Me, Stupid, 1963), “Šerloka Holmsa privātā dzīve” (The Private Life of Sherlock Holmes, 1970), melodrāmu “Fedora” (Fedora, 1978) un dēku komēdiju “Draudziņ, draudziņ” (Buddy Buddy, 1981).