V.Pavilonis gimė 1932 m. sausio 16 d. Kėdainių rajono Pakštelių kaime. 1950 m. baigė Jonavos vidurinę mokyklą ir įstojo į Vilniaus universiteto Teisės fakultetą. Studijas tęsė Baltarusijos valstybiniame universitete, po to dirbo advokatu. Toliau teisės studijas tęsė Vilniaus universiteto Teisės fakulteto aspirantūroje. 1968 m. apgynė teisės mokslų kandidato disertaciją.
1965-1976 m. V. Pavilonis buvo Lietuvos teismo ekspertizės instituto mokslinis sekretorius, skyriaus vedėjas. Nuo 1976 m. V. Pavilonis dirbo Vilniaus universiteto Teisės fakulteto Baudžiamosios teisės katedros dėstytoju, vedėju. 1981 m. jam suteiktas docento, 2002 m. - profesoriaus vardas.
Pasak KT pranešimo, V. Pavilonis buvo vienas didžiausių Lietuvos baudžiamosios teisės ir kriminologijos autoritetų, paskelbęs per 120 mokslinių studijų. 1993-2002 m. V. Pavilonis dirbo Lietuvos Konstitucinio Teismo teisėju, o 1999-2001 m. - Konstitucinio Teismo pirmininku.
Velionis pašarvotas Šv. Jonų bažnyčioje (Universiteto g. 3). Atsisveikinimas nuo vasario 14 d. 11 val. Karstas išnešamas vasario 15 d. 12 val.