Таисия Вилкова родилась 25 октября 1996 года в Москве, в семье актера Александра Вилкова (1955—2014) и продюсера Дарьи Гончаровой. Когда девочке было восемь лет, ее родители развелись и вскоре мать вышла замуж за актар Михаила Полосухина.
После 10 класса школы будущая звезда ушла в экстернат № 88, который окончила в 2013 году.
Затем Вилкова поступила в Школу-студию МХАТ на на актерский факультет (мастерская Евгения Писарева).
После окончания театрального вуза Таисия была принята в труппу Московского театра имени Пушкина, где была задействована в спектаклях «Горький. Дно. Высоцкий», «Вишнёвый сад», «Влюблённый Шекспир», «Женитьба Фигаро», «Много шума из ничего», «Три Ивана» и «С_училища».
В 2006 году актриса дебютировала в кино, сыграв роль Марии в сериале «Папенькин сынок», а спустя два года исполнила одну из главных ролей в сериале «Фотограф».
Первая известность пришла к актрисе в 2010 году благодаря роли Таси в комедии режиссера Левана Габриадзе «Выкрутасы».
Всероссийскую популярность Вилковой принесла роль Василисы Бобылкиной в сериале «Деффчонки» (2012—2014).
Затем Таисия сыграла в популярных сериалах «Вангелия (2013), «Григорий Р.» (2014), «Фарца» (2015) и фильмах «Чемпионы» (2014), «Дед Мороз. Битва Магов» (2016), «Гоголь. Начало» (2017), «Ёлки последние» (2018).
27 марта 2020 года Таисия Вилкова вышла замуж за своего возлюбленного, 32-летнего актера и режиссера Семена Серзина. Пара расписалась в Тверском загсе Москвы.
«Карантин был прерван на пару часов, но теперь все на своих местах — медовая самоизоляция. Мы волевым решением отказались от какого-либо празднования, даже маленького — волнительно было в первую очередь за родителей и других взрослых родственников. Берегите себя и близких», — сообщила Вилкова.
7 июля 2020 года актриса впервые стала мамой. У Вилковой и Серзина родилась девочка. Об этом стало известно от режиссера Оксаны Карас, с которой Вилкова работала на съемочной площадке фильма «Выше неба».
Супруг — Семен Серзин, актер и режиссер (поженились 27 марта 2020 года)
Дочь — (родилась 7 июля 2020 года)