Estudió química en la Universidad de Londres, donde se graduó en 1941, y donde en 1955 fue nombrado profesor de química inorgánica.

En 1976, le fue concedida la distinción de sir por parte de la reina Isabel II del Reino Unido.

En 1942 el profesor Friedriech A. Paneth reclutaba químicos jóvenes para el proyecto de la energía nuclear.

Wilkinson entró en la selección y fue enviado a Canadá, donde permaneció en los Laboratorios de Chalk River a Montreal hasta 1946.

El 1973, fue galardonado con el Premio Nobel de Química, junto con el químico alemán Ernst Otto Fischer, por sus trabajos sobre compuestos organometálicos.