Se graduó en la Academia Naval en San Petersburgo en 1908.En 1913-1915, dirigió la Expedición Hidrográfica al Océano Ártico, a bordo de los buques rompehielos Taimyr y Vaigach, con el propósito de continuar la exploración de la Ruta del Mar del Norte.En 1918, Vilkitski fue nombrado jefe de la primera Expedición Hidrográfica Soviética, que nunca tuvo lugar debido a su incautación por los intervencionistas en el puerto de Arjánguelsk.Mucho más tarde, Vilkitski fue empleado como hidrógrafo en el Congo Belga.Muchas accidentes geográficos rusos llevan el nombre de Vilkitski:
