W 1958 roku ukończył Państwową Wyższą Szkołę Teatralną w Warszawie. Jako aktor debiutował wkrótce na scenie rolą Stanleya w "Tramwaju zwanym pożądaniem" T. Williamsa, zaś debiutem ekranowym byli "Krzyżacy" A. Forda. Roman Wilhelmi był aktorem charyzmatycznym, grane przez niego postacie były charakterystyczne, co w dużej mierze należy zawdzięczać osobowości aktora. Znakomicie dawał sobie radę w różnych gatunkach filmowych - od debiutanckiego kina historycznego, poprzez dramat ("Bez znieczulenia"), kino akcji "Prywatne śledztwo"), po znakomite role w serialach komediowych ("Kariera Nikodema Dyzmy", "Alternatywy 4"). Zmarł 3 listopada 1991 r. w Warszawie na raka wątroby. Pochowano go na cmentarzu wilanowskim w Warszawie.