Учился в Штутгарте, Берлине и Мюнхене. С 1901 года доктор философии. С 1909 года экстраординарный профессор, с 1913 года член Совета по органической химии Мюнхенского университета и с 1917 года одновременно ординарный профессор Высшей технической школы в Мюнхене. С 1917 года профессор Фрайбургского университета, а с 1925 года, заменив Р. Вильштеттера, возглавил кафедру органической химии университета в Мюнхене.
Основные работы Виланда по химии гормонов, стероидов, алкалоидов, жёлчных кислот, а также хлорофилла и гемоглобина. Выдвинул (одновременно с В. И. Палладиным) теорию дегидрирования, объясняющую механизм окислительных реакций, в том числе процессов биологического окисления.
В 1927 году Виланду присуждена Нобелевская премия за исследования строения жёлчных кислот и аналогичных соединений.