Старший брат двукратного чемпиона мира «Формулы-1» Эмерсона Фиттипальди. В конце 1960-х годов участвовал в различных бразильских гоночных чемпионатах, в 1970 году переехал в Европу, где стартовал в Формуле-3. В 1971 году дебютировал в европейском чемпионате Формулы-2, в первом же сезоне дважды поднимался на третье место. В 1972-1973 годах совмещал старты в Формуле-2 с участием в чемпионате мира Формулы-1 за команду «Брэбэм», дважды набирал очки на этапах «Формулы-1» в Аргентине и Германии.
В 1975 году создал собственную команду «Фиттипальди», в которой в первый год участия выступал в качестве пилота, а в 1976 году сосредоточился на управлении командой, передав место пилота своему брату Эмерсону. По окончании сезона 1982 года команда прекратила участие в «Формуле-1» и Фиттипальди вернулся на родину. В 1994-1995 годах дважды выигрывал гонку «1000 миль Бразилии».
Сын Вильсона, Кристиан Фиттипальди, также стартовал в «Формуле-1» и других гоночных сериях.