Tėvai: Kazimieras Vildžiūnas (1881–1950) – žemdirbys ūkininkas, amatininkas kalvis, ir Kazimiera Užusienytė-Vildžiūnienė (1891–1980) – žemdirbė, amatininkė aludarė. Broliai: Klemensas Vildžiūnas – laisvės gynėjas, Bronius Vildžiūnas, Pranas Vildžiūnas (1927–1930) – mirė vaikystėje ir Jonas Vildžiūnas (apie 1930 – 2012), sesuo dvynė Joana Vildžiūnaitė (1932–2005). Pusbrolis (tėvo brolio sūnus) Leonas Vildžiūnas (1918–2012) – leidėjas, antrosios eilės pusbrolis (tėvo pusseserės sūnus) Kazys Strazdas (1930–2015) – inžinierius chemikas technologas ir muziejininkas.

1933 m. sausio 1 d. Dabužių bažnyčioje jį pakrikštijo kunigas Ignotas Bernatavičius, krikštatėviai buvo Petras Galvanauskas ir Elena Petrikaitė.

1952 m. baigė Anykščių vidurinę mokyklą 9-ojoje jos laidoje. Mokykliniais metais pradėjo fotografuoti, po Antrojo pasaulinio karo sukūrė daug Anykščių krašto partizanų kovas liudijančių nuotraukų.

1958 m. baigė studijas Vilniaus dailės instituto Skulptūros fakultete, kur buvo skulptoriaus prof. Juozo Mikėno mokinys, tačiau iš paskutiniojo kurso buvo pašalintas už dalyvavimą pasipriešinimo judėjime. Dailininko diplomą gavo 1961 m.

1964–1969 m. V. Vildžiūnas dirbo Vilniaus M. K. Čiurlionio meno mokykloje dėstytoju, vėliau buvo laisvas menininkas.

1988–1994 m. jis dirbo Vilniaus dailės akademijoje Skulptūros katedros vedėju, buvo docentas.

1993 m. V. Vildžiūnas įkūrė Vilniaus Jeruzalės meno centrą, nuo 1993 m. iki gyvenimo pabagos buvo to centro prezidentas.

V. Vildžiūnas kūrė medžio, metalo ir akmens skulptūras, nuo 1957 m. dalyvavo parodose, 1964 m. Vilniuje surengė pirmąją personalinę savo darbų parodą. Jo kūriniai buvo eksponuoti parodose Niujorke, Čikagoje ir Los Andžele (JAV, 1977 m.), Guilfordo universitete (Didžioji Britanija, 1998 m.), Dariaus Mikšio projekte "Už baltos užuolaidos" Lietuvos paviljone 54-ojoje Venecijos (Italija) bienalėje (2011 m.), surengtos kelios personalinės parodos Anykščiuose (2007, 2013 m.).

Ankstyvajai V. Vildžiūno kūrybai būdingos liaudies skulptūros tradicijos, vėliau išryškėjo kūrinių monumentalumas, savita tikrovės transformacija, vyrauja ryškios geometrinės formos ir lakoniškas siluetas.

Svarbiausi V. Vildžiūno kūriniai:

1957 m. – skulptūrinis portretas "Tėvas".

1958 m. – skulptūrinis portretas "Marytė".

1959 m. – skulptūrinis portretas "Senelė", J. Puškoriaus skulptūrinis portretas.

1960 m. – Salomėjos Nėries skulptūrinis portretas Vilniuje, Vilniaus gatvėje, prie Salomėjos Nėries gimnazijos, kamerinė skulptūrinė trilogija "Motinystė" ("Karo metai", "Priespaudos metai", "Taikos metai"), V. Lenino skulptūrinis portretas.

1961 m. – kamerinė skulptūra "Pavasaris".

1962 m. – skulptūrinis portretas "Konstruktorius", Petro Rimšos skulptūrinis portretas.

1963 m. – Petro Vaičiūno antkapinis paminklas Vilniaus Rasų kapinėse (architektas V. Brėdikis), Marcelės Kubiliūtės antkapinis paminklas Vilniaus Rasų kapinėse, kamerinė skulptūra "Surištas sukilėlis", skulptūrinis portretas "Senas kolūkietis", skulptūrinė kompozicija-ciklas "Vaikai".

1964 m. – Mikalojaus Konstantino Čiurlionio skulptūrinis portretas (kiti variantai: 1965, 1967, 1968 m.).

1965 m. – A. Vildžiūno skulptūrinis portretas, kunigo Juozapo Vaičiūno antkapinis paminklas Vilniaus Rasų kapinėse.

1966 m. – dekoratyvinė sodo skulptūra Vilniaus respublikinei ligoninei.

1968 m. – monumentali dekoratyvinė skulptūra "Trys Karaliai" Kaune.

1970 m. – Kazio Borutos antkapinis paminklas Vilniaus Rasų kapinėse.

1972 m. – skulptūrinis portretas "Ecce homo" (kitas variantas – 1982 m.).

1973 m. – dekoratyvinė skulptūra "Lietuviška baladė" Vilniuje.

1974 m. – Salomėjos Nėries paminklinė skulptūra Vilniuje.

1975 m. – Mikalojaus Konstantino Čiurlionio paminklinė skulptūra Druskininkuose.

1977 m. – dekoratyvinė skulptūra "Deivė paukštė" Palangoje, kamerinės skulptūros "Piligrimai" ir "Sparnuota figūra".

1978 m. – dekoratyvinė skulptūra "Deivė paukštė" Los Andžele (JAV), Vinco Mykolaičio-Putino antkapinis paminklas Vilniaus Rasų kapinėse.

1979 m. – kamerinė skulptūra "Generacijos".

1982 m. – dekoratyvinė skulptūra "Barbora" Vilniuje.

1984 m. – Lauryno Stuokos-Gucevičiaus paminklinė skulptūra Vilniuje.

1985 m. – dekoratyvinė skulptūra "Sparnuota figūra" Panevėžio Šilaičių kapinėse.

1989 m. – monumentalioji skulptūra "Jėzus Nazarietis" (pastatyta kaip monumentas Lietuvos tremtiniams Vorkutoje (Rusija, 1990 m.), kaip paminklas represuotiems Lietuvos agronomams Dotnuvoje (1991 m.), kaip kunigo Alfonso Gražio antkapinis paminklas Anykščių Šv. Mato bažnyčios šventoriuje (1992 m.).

1990 m. – Petro Vaičiūno paminklinė skulptūra Jonavoje.

1994 m. – Viktoro Vizgirdos antkapinis paminklas Vilniaus Antakalnio kapinėse, Marijos Gimbutienės antkapinis paminklas Kauno Petrašiūnų kapinėse.

1995 m. – skulptūra "Šventas Kazimieras".

1999 m. – dekoratyvinė skulptūra "Prisikėlimas" (pastatyta 2002 m. Anykščiuose, A. Baranausko aikštėje, kaip paminklas Laisvei).

2002 m. – Aleksandro Štromo antkapinis paminklas Kauno Petrašiūnų kapinėse.

2005 m. – skulptūra "Baladė" – Laisvės paminklas Kelmėje (kartu su skulptoriais Martynu Lukošiumi ir Kunotu Vildžiūnu).

V. Vildžiūnas taip pat iliustravo knygų ir vadovėlių: Gedimino Isoko "Miško varpeliai" (1962 m.), R. Jankevičienės "Mano žolynėliai" (1962 m.) ir kt.

Už M. K. Čiurlionio paminklinę skulptūrą V. Vildžiūnas buvo apdovanotas Lietuvos SSR valstybine premija (1976 m.). Jam buvo suteiktas Lietuvos SSR nusipelniusio meno veikėjo garbės vardas (1982 m.). Už modernios nacionalinės skulptūros vizijos įkūnijimą ir laisvos dvasios kultūros židinio puoselėjimą jam skirta Nacionalinė kultūros ir meno premija (2012 m.).

Išleistas kūrinių albumas "Vladas Vildžiūnas" (1970 m.), monografija "Vladas Vildžiūnas" (2001 m.).

Laisvalaikį skyrė fotografijai, kaupė fotomeno archyvą, rengė fotomeno parodas.
 
Buvo vedęs 1957 m., žmona Marija Ladigaitė-Vildžiūnienė (g. 1931 m.) – generolo Kazio Ladigos (1893–1941) duktė, dailininkė grafikė. Duktė Liudvika Vildžiūnaitė-Pociūnienė (g. 1958 m.) – žurnalistė, sūnūs: Domantas Vildžiūnas (1963–2016) – dokumentinio kino režisierius ir operatorius, Kunotas Vildžiūnas (g. ?) – dailininkas skulptorius, iliustratorius.

Mirė 2013 m. spalio 29 d. Vilniuje. Palaidotas Vilniaus Verkių kapinėse šeimos kape (9 sektorius). Kapą ženklina jo paties sukurtas stilizuotas nerūdijančio plieno kryžius su įrašu kryžmoje: "Skulptorius / Vladas Vildžiūnas / 1932–2013", greta tokie patys kryžiai ženklina kitų šeimos narių kapus.

Lietuvos literatūros ir meno archyve sukauptas V. Vildžiūno asmeninis dokumentų fondas (F. 206), viename jo apyraše yra 42 saugomi vienetai, gauti 1971 m., pildyti iki 1992 m.