Annette Lilja Vilhelmsen (s. 24. lokakuuta 1959, Svendborg, Tanska) on tanskalainen poliitikko ja kansankäräjien jäsen, joka toimi Sosialistisen kansanpuolueen puheenjohtajana vuosina 2012–2014. Vilhelmsen on koulutukseltaan opettaja. Vilhelmsen valittiin ensimmäiselle kaudelleen vuoden 2011 kansankäräjävaaleissa. Puolueen jäsenäänestyksessä lokakuussa 2012 Vilhelmsen sai 66 prosenttia äänistä. Puoluejohdon suosikki terveysministeri Astrid Krag sai äänestyksessä 34 prosentin ääniosuuden.[1]
Vilhelmsenin seuraajaksi Sosialistisen kansanpuolueen johtoon valittiin entinen liikenneministeri Pia Olsen Dyhr helmikuussa 2014.[2]