Wilhelm Killmayer werd geboren in München op 21 augustus 1927. Hij bracht zijn vroege jeugd door in Mitterndorf bij Dachau, maar verhuisde na het overlijden van zijn vader met zijn familie naar München. Killmayer kreeg vanaf zijn zesde regelmatig pianoles. Na het behalen van zijn Abitur studeerde hij directie en compositie aan het Musikseminar van Hermann Wolfgang von Waltershausen in München (1945-1951). Naast cursussen musicologie van Rudolf von Ficker en Walter Riezler volgde Killmayer tegelijkertijd privélessen bij Carl Orff (1951-1953) en ging vervolgens naar diens masterclass aan de Staatliche Musikhochschule in München (1953/54). Vanaf 1955 doceerde Killmayer muziektheorie en contrapunt aan het Trappses Konservatorium in München en was hij tussen 1961 en 1964 als balletdirigent verbonden aan de Beierse Staatsopera. Na twee studieverblijven in Rome, in Villa Massimo (1958 en 1965/66), werd Killmayer freelance componist en vestigde zich in 1968 in Frankfurt am Main. In 1973 werd hij benoemd tot hoogleraar compositie aan de Staatliche Hochschule für Musik in München. Vanaf zijn emeritus hoogleraarschap in 1992 tot zijn overlijden in 2017 in Starnberg, verdeelde Killmayer zijn tijd tussen München en de Chiemsee.