Fils d'un ouvrier du bâtiment, Vilgot Sjöman grandit sur l'île de Södermalm, en plein cœur historique de Stockholm. Il fait ses études à l'université de Stockholm et obtient son diplôme en 1945.
En 1964, il tourne une adaptation cinématographique du roman 491 de Lars Görling. Le film, qui adopte la forme d'un reportage sur six jeunes soumis à une expérience de vie commune, provoque un scandale en raison de la liberté des mœurs qui y est exposée. La censure exige finalement la coupure de certaines scènes.
Deux ans plus tard, en 1966, il réalise Ma sœur, mon amour (Syskonbädd 1782), qui raconte la relation incestueuse entre une sœur et son frère, joués respectivement par Bibi Andersson et Per Oscarsson. Le film reçoit un excellent accueil critique international.
C'est toutefois en 1967 et 1968, avec Je suis curieuse - Édition jaune (Jag är nyfiken - En film i gult) et Je suis curieuse - Édition bleue (Jag är nyfiken - En film i blått), que Vilgot Sjöman atteint une véritable notoriété. Les deux films, qui apparaissent comme deux versions d'un même récit, proposent un examen fouillé de la société suédoise contemporaine d'un point de vue critique et politique de gauche. Ce sont toutefois les scènes, jugés scandaleuses par d'aucuns, des ébats sexuels entre Lena Nyman et Börje Ahlstedt, qui suscitent la controverse et, par ricochet, le gros succès international du film. Aux États-Unis, le distributeur américain a lancé le film en salles dans le but avoué de lutter contre la censure dans le cinéma américain. Et les milieux intellectuels n'ont pas été en reste ; ainsi, l'écrivain Norman Mailer a déclaré à la sortie du film qu'il s'agissait « d'un des films les plus importants que j'ai vus de toute ma vie ».
En 1968, Vilgot Sjöman joue l'interviewer dans La Honte (Skammen) de Ingmar Bergman, réalisateur qu'il admire et sur qui il a déjà tourné, en 1963, un documentaire pour la télévision suédoise intitulé Ingmar Bergman gör en film.
À la fin de sa vie, il mène une lutte acharnée contre les pauses publicitaires pendant la diffusion des films à la télévision suédoise, ce qui lui vaut le prix Ingmar-Bergman en 2003.
(fr) 491.pdf, Vilgot Sjöman et les mises en scènes de la frontière ; une approche historique et esthétique de 491 (essai autour de la censure de son célèbre film)