Polski wiolonczelista, dyrygent, kompozytor i pedagog, syn Alfreda; urodzony 1 października 1900 w Moskwie, zmarł 7 marca 1995 w Warszawie.
Studiował w latach 1911-17 w Cesarskim Konserwatorium w Moskwie u Alfreda von Glehna (wiolonczela). Równocześnie pobierał prywatne lekcje u Bolesława Jaworskiego (kompozycja). W latach 1919-23 kontynuował studia w Konserwatorium w Warszawie w klasie kompozycji Romana Statkowskiego i dyrygenturę pod kierunkiem Emila Młynarskiego, uzyskując dyplom z wyróżnieniem.
Jednocześnie w latach 1919-21 pracował jako wiolonczelista w orkiestrze Opery Warszawskiej. W 1924 został zaangażowany jako pierwszy wiolonczelista w Orkiestrze Filharmonii Łódzkiej. W latach 1925-29 związał się zawodowo z Konserwatorium Muzycznym Heleny Kijeńskiej-Dobkiewiczowej w Łodzi. Od 1926 do 1934 był pierwszym wiolonczelistą i dyrygentem Filharmonii Warszawskiej. W latach 1932-34, jako stypendysta Funduszu Kultury, odbył kurs dyrygentury u Hermanna Scherchena w Szwajcarii. W latach 1934-39 był dyrektorem Konserwatorium Polskiej Macierzy Szkolnej w Gdańsku.
Okres okupacji spędził w Warszawie. Po wojnie, w latach 1945-47 był rektorem i profesorem dyrygentury Państwowej Wyższej Szkoły Muzycznej w Łodzi. Od 1947 do 1952 pełnił funkcję dyrektora i pierwszego dyrygenta Państwowej Filharmonii i Opery we Wrocławiu, będąc jednocześnie profesorem dyrygentury, a w latach 1950-52 dziekanem Wydziału I Państwowej Wyższej Szkoły Muzycznej we Wrocławiu. W latach 1952-57 był dyrektorem Państwowej Opery i Filharmonii w Gdańsku oraz profesorem Państwowej Wyższej Szkoły Muzycznej w Sopocie. Od 1957 działał ponownie we Wrocławiu: w latach 1958-60 był prezesem Oddziału Wrocławskiego Związku Kompozytorów Polskich (w latach 1946-47 członek Zarządu Głównego ZKP), od 1961 dyrektorem artystycznym i dyrygentem Państwowej Opery we Wrocławiu oraz w latach 1961-63 dyrygentem Filharmonii Wrocławskiej. Od 1963 mieszkał w Warszawie, gdzie pełnił funkcję kierownika Katedry Kameralistyki Państwowej Wyższej Szkoły Muzycznej, a w latach 1970-74 – prezesa Zarządu Głównego SPAM.
Kazimierz Wiłkomirski był laureatem wielu nagród i odznaczeń państwowych, m.in. otrzymał dwukrotnie Złoty Krzyż Zasługi, Krzyż Oficerski i Krzyż Komandorski Orderu Odrodzenia Polski, Order Sztandaru Pracy I i II klasy, Medal Komisji Edukacji Narodowej, dwukrotnie Nagrodę Ministra Kultury i Sztuki.