Аллен Уилфорд Бримли родился в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, в семье работника сферы недвижимости. До начала актёрской карьеры он работал на ранчо ковбоем и кузнецом, а также телохранителем Говарда Хьюза. После работы у Хьюза Бримли подался в кинематограф и на телевидение, где стал ухаживать за лошадьми на съёмках фильмов. В конце 1960-х по настоянию своего друга, актёра Роберта Дюваля, Бримли дебютировал в кино, первоначально исполняя роли наездников в вестернах, а также выступая в качестве каскадёра. Популярность к актёру пришла в конце 1970-х, после роли в фильме «Китайский синдром» (1979). Далее последовали не менее успешные роли в кинокартинах «Без злого умысла» (1981), «Нечто» (1982), «Отель «Нью-Хэмпшир»» (1984), «Нежное милосердие» (1983) и «Самородок» (1984),"Трудная мишень" (1993).
В 1985 году Уилфорд Бримли успешно исполнил роль Бена Лакетта в фантастическом фильме «Кокон» о группе пожилых жителей дома престарелых, вступивших в контакт с представителями внеземной цивилизации. Картина, собравшая в своём актёрском составе таких звёзд прошлого как Дон Амичи, Джессика Тэнди и Морин Стэплтон, имела большой успех и удостоилась двух премий «Оскар». Спустя три годы вышло продолжение фильма под названием «Кокон: Возвращение», где Уилфорд Бримли также воплотил на экране образ старика Бена. В 1990-е годы одной из самых запоминающихся его ролей стал Уильям Девашер в триллере Сидни Поллака «Фирма».
В 1979 году у Бримли диагностировали диабет, после чего он серьёзно занялся лечением, став при этом активистом Американской ассоциации диабета, которая в 2008 году признала его почётным членом. В то же время он много времени уделят поездкам по больницам, где посещал больных диабетом и проводил консультации, с целью просвещения пациентов о дальнейшей жизни с данным заболеванием.
Помимо этого Уилфорд Бримли является активистом за разрешения скачек в штате Юта, а также выступает против запрета петушиных боёв в Нью-Мексико. Актёр является большим поклонником игры в покер, в своё время приняв участие в Мировой серии покер. В 2008 году Бримли выступил с поддержкой Джону МакКейну на выборах президента США.