Ő találta fel porcelánfajanszt és az épületdíszítésre alkalmazott fagyálló pirogránitot, s nagy szerepe volt a gyár hírnevét megalapozó eozin máz kidolgozásában és bevezetésében is. Gondos otthoni nevelés után a bécsi Technische Hochschule kereskedelmi tagozatán fejezte be tanulmányait, ahonnét kiváló minősítéssel, 16 éves korában került haza Pécsre. A kőedénygyártó manufaktúrát édesapja, Zsolnay Miklós (1800-1880) kereskedő alapította 1853-ban, majd egy év múlva a kis üzemet átíratta Ignác fiára, ő azonban nem tudta sikerre vinni a vállalkozást.
1864-ben Zsolnay Vilmos vette át bátyjától a Terracotta és kőedénygyár vezetését. Maga kísérletezett a pécsi és a környékbeli agyagfajtákkal, s a felhasználásra alkalmas lelőhelyeket felvásárolta. (Pécs, Siklós, Mohács, Óbánya nagy múltú fazekassággal rendelkezett.) Első gépesített üzemét saját neve alatt 1868. május 5-én jegyezték be "Első Pécsi Czement, Chamotte és Tűzbiztos Agyagárúk Gyára" néven. Ez időtől kezdve nemcsak edényeket, építészeti díszeket gyártott, hanem a kereslethez igazodva a kerámiaipar valamennyi ágával foglalkozott. Az üzem vezetésére külföldről hívott szakembereket, ő maga kémiai ismereteket tanult, kísérletezett, s 1872-től már maga vezette üzemét, amelyben egyaránt készültek fagyálló burkolólapok, elegáns cserépkályhák és csempék, kézzel festett dísztárgyak, egyedi szobrok, puritán edények és elektromos szigetelőelemek.
Magyarországon először ő foglalkoztatott tervezőként neves képzőművészeket. Már az 1873-as bécsi világkiállításon sikerrel szerepelt termékeivel, amelyet az elnyert érdemérem, díszoklevél és a Ferenc József-rend III. fokozata is tanúsított. Az 1878. évi párizsi világkiállításon egy addig nem ismert, a szakemberek által porcelánfajansznak nevezett, elefántcsontszínű termékkel jelent meg, s az eljárással elnyerte a világkiállítás nagy aranyérmét (Grand Prix) és a francia Becsületrendet. 1884-ben kályhagyárat létesített, egyre nagyobb tömegben készítette az épületdíszítő kerámiákat, s megkezdte a fagyálló, különböző mázakkal színezett, épületkülsőkön alkalmazott kőcserép, a pirogránit készítését is. Egyebek közt a Mátyás-templom, a kassai dóm, a Vajdahunyad-vár és a Parlament dísze e Zsolnay-termék. Miután Wartha Vince vegyész, műegyetemi tanár 1893 júliusában megfejtette a középkorban alkalmazott fémfényű mázak titkát, Zsolnay gyára elsőként kezdte alkalmazni az eozinnak elnevezett anyagot a díszedényeken. (Rubinvörös színéről Zsolnay és Wartha "eosin"-nak nevezte el a mázféleséget, mert fénye a hajnalpírra emlékeztet, s görögül "eos" a hajnal.)
Kikísérletezték az eozin zöld, kék és egyéb színben játszó változatát is. Az 1896-os millenniumi kiállításon a Zsolnay-gyár már az eozin legszebb darabjaival szerepelt. Az uralkodó a Ferenc József-rend II. fokozatával tüntette ki Zsolnay Vilmost, Pécs pedig díszpolgárává választotta. A munkában két lánya - Teréz és Júlia - is segítette, akik közül főként az utóbbi bizonyult fantáziadús és termékeny tervezőnek. Miklós fia 1878-tól a kereskedelmet irányította, 1897-ben lett cégvezető. Az Európa-szerte felvirágzó új stílus, a szecesszió forma- és díszvilága szerencsésen ötvöződött az eozintechnikával. A szecesszió virágkorát azonban Zsolnay Vilmos már nem érhette meg, mert 1900. február 23-án meghalt szülővárosában. Az immár európai hírű gyárat fia, Miklós vitte tovább.
Zsolnay Vilmos sikereit polihisztori képességeinek köszönhette. Kitűnt kortársai közül művészi hajlamaival, biztos stílusérzékével. Remek szervező és irányító volt, ugyanakkor elmélyült a kerámiakészítés tudományos alapjaiban, a nagyüzemi technológia újdonságaiban is. Kiváló üzleti érzékkel vezette vállalkozását; az alig néhány embert foglalkoztató manufaktúrát a monarchia legjelentősebb, hétszáz embernek munkát adó kerámiagyárává fejlesztette.