Клубная карьера Воспитанник клуба «Депортес Толима». 24 февраля 2013 года в матче против «Бояка Чико» дебютировал в Кубке Мустанга. В 2014 году стал обладателем Кубка Колумбии. 17 мая 2015 года в поединке против «Хагуарес де Кордоба» он забил свой первый гол за «Депортес». Летом того же года Барриос перешёл в аргентинский «Бока Хуниорс». Сумма трансфера составила 2,7 млн евро. 29 октября в матче против «Темперлей» дебютировал в аргентинской Примере, заменив во втором тайме Пабло Переса. 11 декабря в поединке против «Эстудиантеса» забил свой первый гол за «Бока Хуниорс»...

Бока Барриос пришёл в Зенит из Бока Хуниорс. За Боку он провёл 48 матчей и забил 1 гол.Вильмар был одним из лидеров Боки.В 2017 году Вильмар победил в чемпионате Аргентине. Зенит 1 февраля 2019 года перешёл в петербургский Зенит. Соглашение рассчитано на 4,5 года, а сумма трансфера составила €15 млн.. 2 марта в матче против «Урала» он дебютировал в РПЛ. В поединке против московского Спартака Вильмар забил свой первый гол за «Зенит»...