Winfried Zillig kam am 1. April 1905 in Würzburg als Sohn des deutschen Pädagogen Peter Zillig zur Welt. Nach dem Besuch des Gymnasiums studierte Zillig in Würzburg Rechtswissenschaften und Musik. 1952 wurde er in Wien Schüler von Arnold Schönberg und folgte ihm später nach Berlin. Dies ist auch die Zeit aus der seine ersten Kompositionen stammen.
Ab 1927 war Zillig in verschiedenen Opernhäusern tätig, unter anderem an der Berliner Staatsoper, als Assistent von Erich Kleiber und als Solorepetitor und Kapellmeister am Düsseldorfer Opernhaus.
Zur Zeit des Nationalsozialismus konnte sich Zillig besonders als Komponist von Filmmusik durchsetzen. Zwischen 1947 und 1951 war er als Dirigent im Sinfonieorchester des Hessischen Rundfunks beschäftigt.
Im Jahr 1963, seinem Todesjahr, erhielt er den Kulturpreis der Stadt Nürnberg.