Vilhelmsson jest wychowankiem szwedzkiego Åsa IF, skąd przeniósł się w 2017 roku do z IFK Göteborg.
Rozegrał łącznie 33 mecze i strzelił sześć bramek w barwach 18-krotnych mistrzów Szwecji.
Młody piłkarz ma na koncie także występy w młodzieżowych reprezentacjach swojego kraju (U-16, U-17, U-19).
Teraz przyszedł czas na pierwszy zagraniczny transfer 18-latka. SV Darmstadt zdecydowało się go wykupić z IFK Göteborg, któremu zapłacili 1,5 miliona euro. Zawodnik podpisał kontrakt do 30 czerwca 2026 roku.
- Wybrałem Darmstadt, ponieważ uważam, że ten klub jest dla mnie świetnym miejscem na pierwszą zagraniczną przygodę. Panuje tu rodzinna atmosfera i warunki też są świetne. Rozmowy z zarządem zarządem pokazały mi, że naprawdę mnie chcą i zaufali mi, ale jednocześnie dali mi czas potrzebny na rozwój – powiedział Szwed w rozmowie z klubowymi mediami.
W poprzednim sezonie zespół „Lilien” zajął czwarte miejsce w tabeli 2. Bundesligi, zdobywając tyle samo punktów co HSV, które zagrało w barażach o awans.
Oprócz Vilhelmssona do klubu przyszli również Yassin Ben Balla z Ingolstadt, Alexander Brunst z Vejle BK oraz Magnus Warming z Torino.