Les premières compositions de Killmayer à attirer l'attention, sont ses Lorca-Romanzen d'après Federico García Lorca, créées au Festival de Donaueschingen[5]. En 1954, il compose une Missa brevis, enregistrée et commentée :
« Le jeune (29 ans) compositeur munichois de la Missa Brevis de Wilhelm Killmayer avec des ondulations, des rythmes changeants et s'élève habilement dans une série colorée de points culminants chorales explosifs, rappelant parfois plus la musique de kiosque que le chœur[6] »
En 1965, Wilhelm Killmayer compose met en musique "Tre Canti dii Leopardi" qui seront interprétés pour la première fois par le baryton Barry McDaniel avec l'orchestre philharmonique de Munich.
Wilhelm Killmayer compose trois symphonies, appelées respectivement, Fogli (1968), Ricordanze (1968/69) et Menschen-Los (1972/73, révisée en 1988). Il écrit d'autres œuvres orchestrales, telles que Nachtgedanken (1973) et de la musique pour orchestre de chambre, The woods so wilde (1970), Schumann à Endenich (1972) et Kindertage (1973). Ses œuvres scéniques : La Buffonata (1959/60) et Yolimba (nouvelle version 1970), sont basées sur des textes de Tankred Dorst[7]. Pour le 20e anniversaire de la Münchener Kammerorchester en 1970, Killmayer compose Fin al punto pour orchestre à cordes, créée en 1971, sous la direction de Hans Stadlmair[8]. Il écrit à propos de l'œuvre :
« Le calme contient déjà la catastrophe. Hors du calme grandit le mouvement qui conduit à l'extrême de ses pouvoirs, où il s'effondre. C'est le moment auquel on abandonne, au-delà duquel on peut s'échapper à l'air libre[8]. »
Killmayer reçoit le Prix de musique de la Fondation Fromm en 1954, pour sa Missa brevis. Il est membre de la Bayerische Akademie der Schönen Künste dès 1972, et à partir de 1980, un membre de l'Académie des Arts de Berlin. En 1990, il est le premier récipiendaire du Prix Hindemith du festival de musique du Schleswig-Holstein. Invité par Walter Fink, il est le quatrième compositeur présenté dans le rapport annuel Komponistenporträt de la Rheingau Musik Festival en 1994. En 2003, il reçoit le Musikpreis der Landeshauptstadt München. En 2010, il est décerné le prix de musique de chambre de la fondation Christoph und Stephan Kaske.
Geistliche Hymnen und Gesänge (1964) pour chœur mixte à six voix (SAATTB) d'après Jean Racine
Drei Gesänge nach Hölderlin (1965) pour baryton et piano
Tre Canti di Leopardi (1965) pour baryton et orchestre sur des poèmes de Giacomo Leopardi
Antiphone (1967) pour baryton, orchestre et petit chœur d'homme, enregistré en 1985, Bayerischer Rundfunk
Tamquam sponsus (1974) pour soprano et instruments. Sur le Psaume 23
Französisches Liederbuch (1979/1980) pour soprano, baryton et ensemble de chambre. Création le 3 may 1980, au festival de Schwetzingen : June Card, soprano ; Philippe Huttenlocher, baryton ; Südwestdeutsches Kammerorchester, dir. Paul Angerer
Kammermusik (1957) pour instruments de jazz (1957)
Führe mich, Alter, nur immer in deinen geschnörkelten Frühlings-Garten! Noch duftet und taut frisch und gewürzig sein Flor (1974) pour ensemble de chambre, création en à Nuremberg
8 Bagatelles (1990/1991) pour violoncelle et piano
Missa brevis, Fromm Music Foundation, des Compositeurs du Xxe Siècle de la Série, avec Lou Harrison, Messe - Margaret Hillis ; New York Concert Choir and Orchestra (1957, Epic Records CBS)
Wilhelm Killmayer, Musique de chambre, (1989, CPO)
Un critique du magazine Gramophone a écrit : « Killmayer peut passer de la méditation à l'action frénétique dans le cadre de la progression harmonique la plus basique, et parce que sa musique est si naturelle dans l'atmosphère, les techniques et les matériaux qui, dans d'autres mains, peuvent sembler rudimentaires et prévisibles[11] »
Wilhelm Killmayer: Sinfonien 1-3; La Joie de Vivre; Nachtgedanken, Wergo 2000