Joseph Vilsmaier urodził się 24 stycznia 1939 roku w Monachium, w Bawarii. Po ukończeniu szkoły z internatem w pobliżu Augsburga, uczył się jako technik produkcji kamer filmowych, następnie spędził dziewięć lat w konserwatorium muzycznym. Został członkiem grupy jazzowej. Pracę w filmie rozpoczął jako asystent. Od końca 1970 roku zaczął pracować jako niezależny kamerzysta przy produkcji programów telewizyjnych, reklam i filmów dokumentalnych. Jego debiutancki film "Jesienne mleko", z udziałem jego żony Dany Vávrovej, okazał się ogromnym sukcesem. Pozwoliło mu to podjąć się większych projektów, jak zrealizowany w 1993 roku "Stalingrad" z budżetem 20 mln euro. Na planie większości swoich filmów pełnił też rolę pierwszego operatora. Podczas kręcenia obrazu "Ostatni pociąg" odniósł rany po upadku z wieży kamery. Jego zdolności do pracy zostały ograniczone i Vávrová przejęła reżyserię. Jego żona zmarła 5 lutego 2009 roku. Ma z nią trzy córki: Janinę Vilsmaier, Theresę Vilsmaier i Josefinę Vilsmaier, które również są aktorkami i zagrały w kilku jego produkcjach.