Wzorem naukowca dla Vilhelma Lilljeborga był Sven Nilsson, który również prowadził badania nad szwedzką fauną wodną. Lilljeborg był członkiem Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk, Królewskiego Towarzystwa Fizjograficznego w Lund, Królewskiego Towarzystwa Nauki w Uppsali, Królewskiego Towarzystwa Nauki i Literatury w Göteborgu. Należał również do Towarzystwa Zoologicznego w Londynie, Towarzystwa Zoologicznego w Wiedniu, Société des Sciences naturelles de Cherbourg oraz Towarzystwa Linneuszowskiego w Londynie.
Publikacje Beskrifning af tvenne för Skandinaviens fauna nya däggdjur (1842); Bidrag till norra Rysslands och Norges fauna, samlade under en vetenskaplig resa i dessa länder (1848 i 1850); Zoologisk resa i norra Ryssland och Finnmarken (1849); Bidrag till den högnordiska hafsfaunan (1850); Hafs-crustaceer vid Kullaberg i Skåne (1852); Öfversigt af de inom Skandinavien hittills funna arterna af slägtet Gammarus (1853); Kullens hafs-mollusker (1851 i 1854); Beskrifning öfver tvenne märkliga Crustaceer af ordningen Cladocera (1860); En för Sveriges fauna ny fisk Leucaspius delineatus (współautor Édouard Marie Heckel) (1871); Sveriges och Norges ryggradsdjur (1872–91); Supplément au mémoire sur les genres Liriope et Peltogaster; On the crustacea of the suborder Amphipoda and subfamily Lysianassina, found on the