Vid tidig ålder upptäcktes att Wilma, som var det tjugonde av 22 barn i familjen,[2] hade polio. Hennes mor åkte med henne två gånger i veckan till ett sjukhus för svarta för behandling, och vid 12 års ålder kunde hon åter gå obehindrat, varvid hon bestämde sig för att börja med idrott.
Hon spelade i sin högstadieskolas basketlag när skolans friidrottstränare Edward S. Temple upptäckte henne.[2][4] Hon gick över till att träna sprinterlöpning och redan 1956 deltog hon i Olympiska sommarspelen 1956 i Melbourne, Australien. Hon sprang en av sträckorna i det stafettlag på 4 × 100 meter, som tog hem bronsmedaljerna i tävlingarna.
Vid Olympiska sommarspelen 1960 i Rom vann hon såväl 100 meter som 200 meter och var dessutom ankaret i USA:s segrande stafettlag på 4 × 100 m.[2] Under sin karriär satte hon totalt fem världsrekord och blev den första kvinnliga löparen att springa 200 meter på under 23 sekunder.
När Wilma Rudolph avslutat sin tävlingskarriär, arbetade hon som lärare, friidrottstränare och sportkommentator. Hon hyllades som en föregångare för kvinnliga idrottare och som en symbol för de svartas medborgarrättskamp. Hon fick fyra barn födda 1958, 1964, 1965 och 1971. Wilma Rudolph avled 1994 av en hjärntumör.