1884. május 30-án született Parajdon, vezérezredes, honvédelmi miniszter, katonai szakíró.
A szászvárosi Kun Kollégium főgimnáziumában, 1902-ben jeles eredménnyel érettségizett, ezért a Ludovika Akadémiát „teljesen díjmentesen” végezte 1902 és 1905 között, végig évfolyamelsőként. Avatásától kezdve nem a császári és királyi ezrednél, hanem a Magyar királyi Honvédségnél szolgált annak ellenére, hogy ez utóbbi kevesebb lehetőséget nyújtott a katonai pályán. Gyorsan kitűnt pályatársai közül: négy évvel tisztté avatása után 1909–1912 között elvégezhette a bécsi Hadiiskolát. Harmincéves korában századosként került át a vezérkari testületbe. Fiatal tisztként harcolt az I. világháborúban, részt vett a Szerbia elleni hadműveletekben, a Kárpátokban zajló téli csatákban, részese volt a gorlicei áttörésnek és a Volhíniában lezajlott küzdelmeknek. 1919-ben, a Tanácsköztársaság Vörös Hadseregének vezérkari őrnagya, mivel katonai tudását igénybe vették az ország területének védelmében. Az összeomlás után újjászervezett magyar királyi honvédségben pályafutása töretlenül folytatódott. 1927–1931 között az I. vegyes dandár vezérkari főnöke, 1931–1933-ban főparancsnoki szárnysegéd. 1934. május 1-én vezérőrnaggyá léptették elő, majd a HM Katonai Közigazgatási Csoport főnöke. Altábornagyi rendfokozatát 1937. május 1-jén kapta, s a következő évtől az I. hadtest parancsnoka. Az első bécsi döntést követően a Kassára bevonuló hadtestet is ő vezette. Ezután rövid ideig a hadsereg főparancsnokának gyalogsági szemlélője, majd egy év múlva, 1939. március 1-én kinevezték az újonnan felállított 1. magyar hadsereg parancsnokává, két hónap múlva vezérezredessé léptették elő. A második bécsi döntés nyomán a hadsereg élén vonult be Marosvásárhelyre 1940. szeptember 10-én.
A kolozsvári IX. hadtest parancsnokaként szervezte a határok biztosítását, az ideiglenes katonai közigazgatást és a lakosság élelmiszer-ellátását. Meglepő módon az 57 éves tábornokot 1941. március 31-i hatállyal nyugállományba helyezték. Úgy látszott, ezzel nagybaczoni Nagy Vilmos katonai karrierje a végéhez érkezett. Horthy Miklós kormányzó 1942. szeptember 21-én felkérte a honvédelmi miniszteri tárca vezetésére. Meggyőződéséhez híven mindent megtett, hogy a honvédséget távol tartsa a politikától. Törekedett az itthon maradt csapatok modernizálására és megőrzésére, hogy az 1918 végéhez hasonlatos összeomlás még egyszer ne következhessen be. Még minisztersége előtt küldték a keleti frontra azt a 2. magyar hadsereget, amely azután Voronyezsnél tragikus módon megsemmisült. A harcban álló csapatokat ugyan nem volt módja hazahozni, de nem feledkezett meg a katonákról és munkaszolgálatosokról. Több intézkedést hozott a munkaszolgálatosok helyzetének, a velük való bánásmódnak javítására. Ezek az intézkedések azonban a minisztérium tisztikarának, és a politikusok egy részében nagy ellenszenvet váltottak ki. Politikai megítélése egyre romlott, hiszen akadályozta a hadseregen belüli antiszemitizmus és a munkaszolgálatosokkal való embertelen bánásmód érvényesülését. Élesen tiltakozott az ellen, hogy a németek kérésére 10 000 magyar zsidó munkaszolgálatost küldjenek a szerbiai Bor rézbányáiba küldjenek. 1943 februárjában határozottan ellenezte, hogy eleget téve a németek követelésének, magyar csapatokat küldjenek a Balkánra. Személye egyenesen veszélyessé vált ellenfelei számára. Zsidóbérencnek titulálták, „tengelyellenességgel” vádolták, interpelláltak ellene, a szélsőjobbosok folyamatosan támadták.
Látva, hogy sem a kormányzó, sem pedig Kállay miniszterelnök nem képes, vagy nem akarja őt megvédeni, 1943. június 8-án benyújtotta lemondását. Utódjává csataji Csatay Lajos vezérezredest nevezték ki. A napilapok méltatták a távozó miniszter személyét, a szociáldemokrata Népszava június 16-i számában szokatlan elismeréssel írt róla. Bajcsy-Zsilinszky Endre június 10-i, a kormányzóhoz intézett emlékirata szintén figyelemre méltó módon értékeli a volt minisztert. Marosvásárhely díszpolgárává választotta, de a németek 1944. március 19-i bevonulása az oklevél átadását már nem tette lehetővé. Nagy Vilmos a háttérből továbbra is támogatta a különbékéért munkálkodókat. A szélsőjobb azonban nem elégedett meg eltávolításával; a nyilas hatalomátvételt követően 1944. november 16-án csendőrök jelentek meg klotildligeti lakásán és letartóztatták. Két napot a svábhegyi Lomnic szállodában lévő nyilas fogházban töltött, majd korábban letartóztatott bátyjával, Bélával és más foglyokkal együtt a sopronkőhidai állami fegyintézetbe szállították. Onnan az oroszok közeledtének hírére Barcsay Árpád csendőr alezredes vezényletével, keserves körülmények között először a bajorországi Passauba, onnan Pfarrkirchenbe került. Innen gyalogmenetben Gschaidre terelték. A Honvédelmi Minisztérium azonban közbelépett, és az időközben Simbachba került foglyokat teherautókon Tannba, a minisztérium állomáshelyére vitték. Ismét szabad emberek lettek. Tannból 1945. április 28-án, vasárnap bátyjával együtt Zimmernbe mentek, ahol egy bajor gazda tanyáján kaptak szállást. Itt érték őket az amerikai csapatok 1945. május 1-jén.
Hazájába 1946-ban tudott hazatérni. A koalíciós időkben rövid ideig a tábornoki nyugdíj bizottság tagja volt. A fordulat éve (1948) után sok más társához hasonlóan őt is méltatlan támadások érték, lakását elvették, nyugdíját megvonták. Kétkezi munkásként a Pilisi Parkerdőgazdaságban ültette-gondozta a csemetéket, majd szegkovácsként helyezkedett el. Az ötvenes évek elején aligha várt esemény következett be Nagy Vilmos életében. Történt ugyan is, hogy az ötvenéves érettségi találkozót dr. Petru Groza, az akkori román államelnök szervezte, akivel annak idején együtt érettségizett. Természetesen Nagy Vilmos is kapott meghívót. Válaszlevelében közölte, hogy sem pénze, sem útlevele nincs, így a találkozón nem vehet részt. A román államelnök szavának azonban súlya volt az akkori magyar politikai élet szereplői előtt, így Rákosi Mátyás kényszeredett segítségével ugyan, de mégis eljutott az ünnepségre. Groza elnök közbenjárására visszakapta nyugdíját is.
Talán némi vigaszt nyújtott a keserűségben, hogy a jeruzsálemi Jad Vasem Intézet ebben az évben a „Világ Igazának” ismerte el. A megöregedett tábornok szellemi frissességben élt haláláig, sokat kertészkedett, írt, olvasott. 1964-ben dolgozta át még 1947-ben megjelentetett „Végzetes esztendők” című művét. A hosszú életű katona röviddel kilencvenkettedik születésnapja után, 1976. június 21-én távozott az élők sorából Piliscsabán.