Родился 13 июня 1948 г. в Киеве (Украинская ССР, ныне Украина).
В 1971 г. окончил географический факультет Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова по специальности "метеорология и климатология".
Доктор технических наук. В 1978 г. в Гидрометцентре СССР защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата географических наук (тема: "Применение объективной классификации метеорологических полей к месячному прогнозу температуры воздуха на Европейской территории СССР в холодное полугодие"). В 2005 г. в Военно-космической академии им. А. Ф. Можайского (Санкт-Петербург) - диссертацию на соискание доктора технических наук (тема: "Модели представления гидрометеорологической информации и методы долгосрочных прогнозов погоды").
Работал в Институте водных проблем Академии наук СССР (ныне ИВП РАН, Москва).
В 1973 г. перешел в Гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР (ныне Гидрометцентр России). Занимал должности инженера, старшего инженера, младшего, затем старшего научного сотрудника. Заведовал лабораторией долгосрочного прогнозирования (с 1991 г.).
В 1999 г. стал заместителем директора Гидрометцентра России Александра Фролова.
С начала 2001 г. по июнь 2018 г. Роман Вильфанд занимал пост директора Гидрометеорологического научно-исследовательского центра РФ.
В июне 2018 г. был назначен на должность научного руководителя Гидрометцентра России. Одновременно с конца 2019 г. до начала февраля 2020 г. являлся и. о. директора организации.
Доцент географического факультета МГУ (с 1985 г.).
Заведует кафедрой №257 (информационных технологий обработки и анализа данных в гидрометеорологии) Института информационных технологий МИРЭА - Российского технологического университета.
Является главным редактором научного журнала "Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации".
Член Русского географического общества (с 1992 г.).
Под руководством Романа Вильфанда в Гидрометцентре были созданы эффективные синоптико-статистические схемы долгосрочного и сверхдолгосрочного прогнозов, а также методы детализированного месячного прогноза. Он внес существенный вклад в разработку и внедрение в практику ряда методов: месячного прогноза температуры воздуха по европейской территории СССР (1979), вероятностного прогноза погоды на месяц и сезон (1993), долгосрочного прогноза среднемесячной температуры воздуха и сглаженного хода среднесуточной температуры воздуха в течение месяца с нулевой заблаговременностью (2004).
Автор и соавтор более 180 научных работ. Среди них - "Применение метода канонической корреляции для прогноза аномалии температуры" (1993), Метеорологические условия выпадения ледяных дождей 25-26 декабря 2010 г. над центром Европейской части России (2011), "Перестановки на "кухне погоды". Как повлияет изменение климата на прогнозирование погоды в Арктике и за ее пределами?" (2017) и др.
Награжден орденом Почета (2009), золотой медалью им. Льва Николаева (Минобрнауки РФ, 2014).
Заслуженный метеоролог Российской Федерации (2003).
Почетный профессор географического факультета МГУ (2018).