در اروپای بعد از جنگ جهانی اول به عنوان روزنامه ‌نگار، خبرنگار جنایی و حتی منتقد فیلم ظاهر شد. به‌ سرعت جذب برلین، یکی از مراکز مهم روشنفکری و البته توریستی - فرهنگی در اروپای آن سالها، شد و انخستین حضورش در سینما نوشتن فیلمنامهٔ «مردم در روز یکشنبه» برای رابرت سیودماک بود. این فیلم چهار کارگردان بزرگ را به سینمای آینده جهان معرفی کرد (وایلدر، سیودماک، فرد زینه‌مان و ادگار اولمر).

به قدرت رسیدن هیتلر در 1933 وایلدر یهودی را مجبور به ترک برلین کرد. در پاریس اولین فیلمش «بذر بد» را مساخت که یکی از عجیب‌ترین فیلم‌های کارنامهٔ او باقی مانده است. وایلدر بدون دانستن یک کلمه انگلیسی با پیتر لوره به آمریکا گریخت. اقبال زودتر از حد تصور، نصیبش شد و با نوشتن فیلمنامه‌های مهمی برای لوبیچ، هاکس و میچل لایزن موقعیت خود را در هالیوود تثبیت کرد.

نخستین فیلم آمریکایی‌اش «بزرگ و کوچک» (1942) آشکارا نشان‌دهنده ی علاقه او به رمان «لولیتا»ست که نویسند آن، ولادیمیر ناباکوف، بعدها به یکی از دوستان نزدیکش تبدیل شد.
عشق‌های غیرممکن از این پس تا آخرین کمدی‌هایِ بزرگی که وایلدر ساخت به عنوان یکی از تم‌های مهم آثارش تکرار شدند. طراوت «بزرگ و کوچک» به عنوان یکی از بهترین کمدی‌های تاریخ سینما، همچنان محفوظ مانده است.

با «پنج قبر تا قاهره» (1943) جا پای هیچکاک گذاشت و با «غرامت مضاعف» (1944) نَفَس سخت‌گیرترین منتقدان را هم بند آورد. با ساختن «تعطیلی ازدست‌رفته» (1945) و درو کردن اسکارها دیگر به یک خودی و "نام بالای عنوان" تبدیل شد. وقتی کارگردانی مهم و معروف باشد در عنوان‌بندی فیلم می‌نویسند «تعطیلیِ از دست رفتهٔ بیلی وایلدر» یا هر نام دیگری.
از این پس فیلم‌هایش بین نوآرهای متکی بر طنزی سیاه و کمدی‌هایی با نیش و کنایه و بدبینی استهزاءآمیز در نوسان بودند. در دسته اول «سانست بلوار» (1950) و «تکخال در حفره» (1951) ساخته شدند، اگرچه درام جنگ جهانی دوم «بازداشتگاه شماره 17» (1953) و اقتباس آگاتا کریستی «شاهد برای تعقیب» (1957) هم بیشتر به این نوع از فیلم‌های وایلدر نزدیک‌اند تا کمدی‌های او.

وایلدر در سیزده فیلم از 1957 تا 1981 که بیش‌ترِ انرژی و شوق و حیات سینمایی‌اش را تشکیل می‌دهند با ای. ال. دایموند به عنوان فیلمنامه‌نویس همکاری کرد که اوج این همکاری را در «بعضی‌ها داغشو دوست دارن» (1959) و «آپارتمان» (1960) می‌توان دید.

با گذار از شصت سالگی فیلم‌هایش به فصاحت، شیرینی و وضوحی رسیدند که کمتر کمدی‌سازی در تاریخ سینما به آن دست پیدا کرده بود. در عین حال این فیلم‌ها هرچه بیش‌تر از واقعیت‌ها دور شده و لحن خیال‌پردازانه‌ تری به خود گرفته بودند. با این که وایلدر همیشه دلیل اصلی روی آوردنش به کارگردانی را "مواظبت کردن از فیلمنامه‌هایش" که معمولا به دست بقیهٔ کارگردان‌ها خراب می‌شد عنوان کرده، اما آثارش – از همان فیلم نخستین – چنان محکم و عالی‌اند که این ادعا را فقط باید به حساب تواضع فیلمساز گذاشت. با وجود حضور تاریخیِ پاره‌ای مخالفان با وایلدرِ کارگردان، او همچنان یکی از بزرگترین سینماگرانی است که می‌شناسیم. به شهادت آثارش او هرگز خود را محدود به مصور کردن فیلمنامه‌های درخشانش نکرده است. البته شکی نیست که این فیلمنامه‌های دقیق و پرجزئیات در زمان‌هایی که حوصله‌ای برای کارگردانی وسواسی نمانده بود به کمکش می‌آمدند (مانند آخرين فيلمش «بادی بادی»).

در میان خیل عظیمی از ستارگان کلاسیک، از باربارا استانویک تا همفری بوگارت و از گری کوپر تا جیمز کاگنی و ری میلاند، وایلدر از جک لمون و والتر ماتائو بیشترین بهره را برده، در حالی که ویلیام هولدن نیز بعضی از بهترین بازی‌هایش را مدیون فیلم‌های وایلدر است.