Уилки Коллинз родился 8 января 1824 г. в Лондоне, в семье известного художника-пейзажиста Уильяма Коллинза.
В возрасте 17 лет закончил школу и устроился стажером в фирму, торговавшую чаем. Провел там пять лет, затем поступил в суд Линколнз-Инн, начал изучать юриспруденцию.
После смерти отца в 1847 г. Коллинз опубликовал свою первую книгу, «Воспоминания о жизни Уильяма Коллинза, эсквайра». В 1850 г. опубликовал свой первый роман, «Антонина». В 1851 г. познакомился с Чарлзом Диккенсом, с которым подружился на всю жизнь.
Коллинз умер 23 сентября 1889 г. в Лондоне и похоронен на кладбище Кенсал Грин.
Лучший и самый знаменитый роман Коллинза — «Лунный камень» 1868, часто считается первым детективным романом на английском языке: его отличает психологическая точность, сочетание логического, типично «детективного», мышления с романтическими мотивами; повествование попеременно ведётся от лица разных персонажей.
Детективный сюжет также играет важную роль в романе «Женщина в белом», 1860.
Поздние произведения Коллинза нередко имеют критическую направленность. Так, роман «Муж и жена» (Man and Wife, 1870) направлен против несовершенства брачного права; «Закон и женщина» (The Law and the Lady, 1875) — против принятого в Шотландии вердикта «вина не доказана»; «Душа и наука» (Heart and Science, 1883) — против обожествления науки, ведущего, например, к практике вивисекции. Героинями романов «Новая Магдалина» (The New Magdalen, 1873) и «Опавшие листья» (The Fallen Leaves, 1879) стали «падшие» женщины.
Уилки Коллинз, наряду со своим близким другом и соавтором Чарлзом Диккенсом, фигурирует в псевдовикторианском триллере Дэна Симмонса «Друд» (Drood, 2009, рус. пер. 2010), где рассказывается об истории создания последнего, незавершенного романа Диккенса «Тайна Эдвина Друда» и таинственных происшествиях, сопровождавших последние пять лет жизни Диккенса. Повествование ведется от лица Коллинза, однако характерно, что читатель не может быть уверен в полной объективности рассказчика, поскольку даже современникам было общеизвестно вызванное хроническим ревматоидным артритом наркотическое пристрастие Уилки к опиуму, вызывавшее у него подчас сложные и кошмарные цветные галлюцинации.