Вилиана Вълчева е родена във Варна, където завършва през 1999 Националното училище по изкуствата „Добри Христов” със специалност пиано. Висшето си образование получава в Швейцария, в Клавирната катедра във Висшето училище по изкуствата в Берн, след това се дипломира и в Консерваторията в Нюшател с камерна музика и клавирен съпровод. Паралелно започва да се занимава с дирижиране и постъпва в класа на дългогодишния главен диригент на Цюрихската опера проф. Ралф Вайкерт в Университета по музика в Люцерн, където през 2010 завършва с отличие и получава магистърска степен по оперно и симфонично дирижиране.
Участвала е в майсторски класове при именити диригенти като Бернард Хайтинк, Дейвид Цинман, Зубин Мета, Пиер Булез. Вилиана Вълчева е финалист на реномирания диригентски международен конкурс в Кадакес (Испания) и е била активен диригент в Берлинския форум „Das Kritische Orchester“, сформиран от музиканти от най-престижни немски оркестри, като Берлинската и Мюнхенската филхармонии, Оркестъра на Баварското радио и Дрезденската Щатскапеле.
През 2013 тя започва работа като репетитор и асистент на главния диригент в оперния театър в Люцерн, където е ангажирана за три сезона. Същата година получава и място за практика в нова продукция на Цюрихската опера при главния диригент Фабио Луизи. През 2014 е поканена за щатен диригент във Варна, където прави много нови постановки – „Андре Шение“ от Джордано, „Адриана Лекуврьор“ от Чилеа, „Норма“ от Белини, „Лучия ди Ламермур“ от Доницети, „Дон Жуан“ от Моцарт и редица други.
В периода 2008 – 2014 е стипендиант на „Zeno-Karl Foundation Schindler“ (Женева) за средновековна немска музика и на фондация „Рихард Вагнер“ за изучаване творчеството на Вагнер в Байройт и Венеция. През януари 2018 дебютира на сцената на театър „Франческо Чилеа“ в Реджо ди Калабрия с Реквием на Верди, по-късно същата година поставя с огромен успех „Норма“ на Белини. Дирижира успешно в оперите в Пловдив и в Биел/Солотурн (Швейцария), участва и в състава „Кнобелсдорф”– ансамбъл при Берлинската Щаатскапеле. От 2021 е щатен диригент в Русенската опера, а през януари 2022 дебютира със Софийската филхармония. През юли 2022 по покана на именития аржентински тенор и диригент Хосе Кура взима участие на първото издание на фестивала „Палешак” в Оребич, Хърватия.
През сезон 2023/2024 Вилиана Вълчева дирижира българската премиера на мюзикъла „Семейство Адамс” в рамките на фестивала „Opera Open” в Пловдив, участва и в летния фестивал „Symfonia Umenia” в Братислава, заедно с ансамбъла на Берлинската Щатскапеле. През 2023 и 2024 отново е поканена от Софийската филхармония за концерти със световни инструменталистки като японската цигуларка Мидори и виолончелистката Анастасия Кобекина, с които изпълняват творби от Бърнстейн, Палмиери, Добринка Табакова, Чайковски и Шуман. А през май 2024 е член на жури на престижния конкурс за диригенти „Димитри Митропулос” в Солун. Същия месец по повод 24 май е отличена с грамота за постигнати високи творчески резултати и принос към българската култура от Министъра на културата.
През 2025 година Вилиана Вълчева направи своя дебют и с Камерния оркестър на Загреб с творби от български и хърватски композитори. Дирижира съвременната монодрама „Записки на жената призрак“ от композитора Георги Арнаудов в Международния фестивал „Софийски музикални седмици“. На десетото юбилейно издание на фестивала „Опера на върховете“ в Белоградчик, тя представи Държавна опера – Русе с пет оперни заглавия. През 2026 Вилиaна Вълчева има планирани нови ангажименти със Софийската филхармония – концерт със солист норвежката тромпетистка Тине Тинг Хелсет и в програмата „Фортисимо“.
