Vilhelm Bjerke-Petersen växte upp i ett kulturellt hem i Birkeröd. På 1920-talet utbildade han sig inom både måleri och skulptur och antogs 1927 till Konstakademien i Oslo. År 1930 bar det av till Bauhausskolan i Dessau, där han fick möjlighet att studera för Vassily Kandinsky och Paul Klee. Deras inflytande blev betydelsefullt för den unga konstnären, men några år senare blev han helt uppslukad av de surrealistiska strömningarna, som blev en livslång passion och hans främsta uttrycksform.

I februari 1935 gifte sig Vilhelm Bjerke-Petersen med konstnären Elsa Thoresen och i oktober 1937 - mars 1938 levde de i Paris där de båda ägnade sig åt surrealismen. Inledningsvis med ett abstrakt formspråk, men senare med den psykofotografiska formen av surrealismen, där en figur eller ett objekt återges nästan fotografiskt, men placerade i ett sammanhang som är overkligt, drömlikt och fantasifullt. I slutet av 1940-talet förändrades Bjerke-Petersens måleri, en stilbrytning skedde och han återgick mot det abstrakta, konkreta måleriet. Han ställde ut på många betydande surrealistutställningar, till exempel i Köpenhamn 1935, London 1936, New York 1936, Paris 1938 och 1947. I mitten av 1940-talet flyttade konstnärsparet till Sverige. Tillsammans med Elsa Thoresen ställde han ut på Färg och Form i Stockholm vid ett flertal tillfällen och hade många separatutställningar på svenska museer.

1951 inledde han ett samarbete med Rörstrands Porslinsfabrik, där han främst ägnade sig åt att framställa skisser och modeller. Vilhelm Bjerke-Petersen hade en bred repertoar, förutom måleri och keramik utförde han ett 20-tal grafiska verk och skrev flera konstteoretiska böcker och tidskrifter. Han skrev bland annat ”Surrealismen” 1934 och ”Surrealismen billedverden 1937”, två böcker om den surrealistiska konsten som bygger på André Bretons teorier som han presenterade 1929 i ”Le Surrealisme et la peinture”. Vilhelm Bjerke-Petersen dog 1957 i Halmstad.