Nasceu em Lisboa, em 31 de Outubro de 1912. Após os estudos no Liceu Pedro Nunes, ingressou no Instituto Comercial de Lisboa. Participou em programas de rádio como cantor e foi colaborador no jornal O Século, como repórter. Em 1931, figura em A Seara, de Leitão de Barros. Em 1934, trabalha como técnico, em Gado Bravo, de António Lopes Ribeiro e supervisão de Max Nosseck. Nesse mesmo ano, ausenta-se do país e, em Espanha, é assistente de Max Nosseck, tendo colaborado em vários filmes, entre outros, Una Semana de Felicidad, Una Aventura Oriental, Poderoso Caballero. De regresso a Portugal, em 1936, continua a trabalhar como técnico de cinema, sendo caracterizador em: Bocage, de Leitão de Barros; e em Maria Papoila (1937), do mesmo realizador.
Seguem-se: Varanda dos Rouxinóis (1939), de Leitão de Barros; Pão Nosso (1940), de Armando Vieira, Feitiço do Império (1940), de António Lopes Ribeiro, e João Ratão (1940), de Jorge Brum do Canto; O Pai Tirano (1941), de António Lopes Ribeiro; Lobos da Serra (1942), de Jorge Brum do Canto, Pátio das Cantigas (1942), de António Lopes Ribeiro, Ala-Arriba (1942), de Leitão de Barros; Aniki-Bobó (1942), de Manoel de Oliveira; Amor de Perdição (1943), de António Lopes Ribeiro; O Violino de João (1944), de Brás Alves; A Vizinha do Lado (1945), de António Lopes Ribeiro. Como intérprete, António Vilar, começa por representar um pequeno papel em Feitiço do Império e Pão Nosso, mas a sua grande oportunidade de se afirmar como actor de cinema, é-lhe dada em O Pátio das Cantigas, onde interpreta Carlos. Em Amor de Perdição, desempenha já o papel principal e a sua carreira alcança grande popularidade. Participa em A Vizinha do Lado, e, ainda, na qualidade de actor, em Inês de Castro (1945), e Camões (1946), ambos de Leitão de Barros. Ausenta-se novamente do país, e enceta uma carreira internacional, sendo um dos galãs do cinema europeu nos finais de 40 e década de 50. Foi intérprete em filmes rodados em diversos países, Espanha, Itália, França, Argentina, Estados Unidos, tendo interrompido por um curto período, essa ausência, para interpretar O Primo Basílio (1959), de António Lopes Ribeiro.

Entre a sua filmografia, como actor, contam-se, entre outros: A Mantilha de Beatriz (1946), de Eduardo Garcia Maroto; A Rainha Santa (1947), de Rafael Gil; La Calle sin Sol (1948), de Rafael Gil; El Duende y el Rey (1948), de Alejandro Perla; La Vida Encadenada (1948), de António Roman; Guarany (1948), de Ricardo Freda; Santo Dishonore (1949), de Guido Brignone; Una Mujer Cualquiera (1949), de Rafael Gil; Alas de Juventud (1949), de António del Amo; Don Juan (1950), de José Luís Sáenz de Heredia; Bel Amour (1950), de François Campaux; Alba de America (1951), de Juan Orduña; El Judas (1952) e Fuego en la Sangre (1952), ambos de Ignacio F. Iquino; Los Hermanos Corsos (1954), de Leo Fleider; La Quintrala (1955), de Hugo del Carril; Miercoles Santo (1955), de Ralph Papier; Miedo (1956), de Leon Klimowsky; Embajadores en el Infierno (1956), de José Forqué; Historias de la Feria (1957), de Francisco Rovira-Beleta; La Noche y el Alba (1958), de José Maria Forqué; La Femme et le Pantin (1958), de Julien Divier; El Inocente (1959), de Jose Maria Forn; El Principe Encadenado (1960), de Luis Lucia; Alerta en el Cielo (1961), de Luis Cesar Amadori; Processo de Conciencia (1963), de Augustin Navarro; Fulanita y Sus Menganos (1976), de Pero Lazaga. Trabalhou ainda como actor em variadas co-produções, e foi também produtor de alguns filmes. Nos EUA, entrou na série televisiva The Fifteen Mysteries of the Rosary (1957), de Joseph Breen. Experimentou ainda o teatro, antes de ter iniciado a sua carreira como actor de cinema, tendo representado na peça Romance, de Sheldon, que passou no Teatro Nacional D. Maria II. António Vilar, pelo seu trabalho foi galardoado em Portugal, com o Prémio do Secretariado Nacional de Informação, Cultura Popular e Turismo, para a sua interpretação em Camões; recebeu ainda a distinção de Cavaleiro da Ordem de Cristo e Grande Oficial da Ordem de Santiago. Foi alvo ainda de distinções por parte de várias entidades estrangeiras. Em Espanha: Prémio do Circulo de Escritores Cinematográficos, durante três anos seguidos, pela interpretação em Una Mujer Qualquiera, Vida Encadenada e Don Juan, tendo ainda conseguido este galardão, noutra altura em El Judas, e em Embajadores en el Infierno; Prémio do Sindicato Nacional do Espectáculo de Espanha, com Don Juan; Don Quixote de Oiro, do Festival de Málaga de 1952, em Fuego en la Sangre; Medalha do Círculo de Belas Artes, em El Judas; Prémio de Popularidade, entre 1953 e 1955, atribuído pela revista Triunfo; Placa de San Juan Bosco, da revista Fotogramas, em Embajadores en el Infierno. Na Argentina, 1º Prémio de Interpretação do Cinema Argentino em 1955, em La Quintrala. Em 1956, Cuba, Medalha de melhor intérprete de filmes estrangeiros, pelo papel em El Judas.