Вадим Георгиевич родился в Москве. Вся его жизнь связана с Первым МГМУ имени И.М. Сеченова (ранее — 1-й ММИ имени И.М. Сеченова). Он окончил лечебный факультет, аспирантуру, а затем работал на кафедре нормальной физиологии, пройдя путь от должности ассистента (1967–1969) до профессора (1979–1993). С 1993 г. — заведующий кафедрой нелекарственных методов лечения и клинической физиологии, а с 2017 г. — кафедры интегративной медицины.
Фундаментальные исследования профессора Зилова, проводившиеся до середины 1990-х гг. в области механизмов деятельности мозга, внесли значительный вклад в развитие отечественной нейрофизиологии. Им изучен характер влияния различных областей неокортекса на активность и способность к конвергенции нейронов гипоталамуса и ретикулярной формации, раскрыты ранее неизвестные механизмы химической интеграции биологических мотиваций, постулировано новое направление о химической компенсации нарушенных функций мозга. Результаты экспериментальных исследований расширили представления о пластических возможностях мозга в реализации различных поведенческих реакций, основу которых составляют биологические мотивации.
С 1993 г. по настоящее время научные исследования профессора Зилова касаются нейрофизиологических основ методов нелекарственной терапии различных видов акупунктуры, мануальной терапии и других направлений, составляющих арсенал комплементарной медицины. Цель изучения физиологических механизмов различных методов нелекарственной терапии — научное обоснование комплексного лечения с применением методов академической медицины и нелекарственной терапии болевых синдромов, психосоматических и соматоформных заболеваний, посттравматических стрессовых расстройств и других распространенных заболеваний.
Вадим Георгиевич — автор более 500 научных публикаций, в том числе десятков монографий, учебных пособий, методических рекомендаций для врачей. Он — член редколлегии журнала «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины», редсоветов журналов «Рефлексотерапия и комплементарная медицина», «Вестник новых медицинских технологий», «Актуальные вопросы восстановительной медицины», ассоциативный член международного журнала «Behavioral and Brain Sciences». Член Международной организации по изучению механизмов мозга (IBRO), член Павловского физиологического общества (США), генеральный директор Российской секции Международной Академии наук, член Академии медико-технических наук, член Индийского общества по изучению и лечению боли (ISPRAT).