Сын декабриста, впоследствии действительного статского советника А. Г. Вилламова; внук статс-секретаря Г. И. Вилламова; племянник генералов А. Г. Вилламова и Г. Г. Вилламова.
В службу вступил в 1867 году, в 1868 году после окончании Пажеского Его Величества корпуса произведён в прапорщики гвардии и выпущен в Конно-гренадерский лейб-гвардии полк.
В 1873 году произведён в поручики гвардии, в 1874 году в штабс-капитаны гвардии.
С 1877 года участник Русско-турецкой войны, за храбрость в этой компании был награждён орденами Святой Анны III степени с мечами и бантом, Святого Владимира IV степени с мечами и бантом, Святого Станислава II степени с мечами, Святой Анны II степени с мечами и Золотой саблей с надписью «За храбрость» .
В 1879 году произведён в капитаны, в 1882 году в ротмистры гвардии, командовал эскадроном.
В 1888 году произведён в полковники.
С 1894 года командир Глуховского драгунского Ея Императорского Высочества Великой Княгини Александры Иосифовны полка.
В 1899 году произведён в генерал-майоры с назначением командиром 3-й Отдельной кавалерийской бригады Сводной кавалерийской дивизии.
В 1906 году произведён в генерал-лейтенанты, начальник Кавказской кавалерийской дивизии.
В 1910 году произведён в генералы от кавалерии.
С 1913 года почётный опекун, Опекунского совета Учреждений императрицы Марии Фёдоровны.Примечания Генералитет Российской империи Исмаилов Э. Э. Золотое оружие с надписью «За храбрость» . Списки кавалеров 1788—1913. — М., 2007. — С. 328. — ISBN 978-5-903473-05-2 Список генералам по старшинству. Составлен по 1-е июля 1910 года. — СПб.: Военная типография, 1910. — С. 188.