Bilge Yılmaz, Yükseköğrenimini Boğaziçi Üniversitesi ve Princeton Üniversitesi'nde tamamladıktan sonra, 1998 yılında, Wharton Okulu'nda ekonomi alanında akademisyenlik yapmaya başlamıştır.
2021 yılında Türkiye'ye dönmüş, döneminin en yüksek puanlı bölümü olmasının da etkisiyle, lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünde tamamlamıştır. Aynı zamanda fizik alanında çift anadal yapıştır. Her iki daldaki eğitimini Temmuz 1991'de tamamlayarak mühendis ve fizikçi unvanlarını almıştır.
Yılmaz, okulda aldığı iktisat derslerinde tanıştığı hocası Prof. Dr. Murat Sertel'in katkılarıyla ayrıca ekonomi alanına yönelmiştir. Eğitim hayatına ABD'nin önde gelen kurumlarından Princeton Üniversitesi'nde devam ederken iktisat alanında yüksek lisans eğitimi almıştır. Daha sonra 2000 yılında doktorasını tamamlayarak doktor unvanını almıştır.
Doktora eğitimi devam ederken, 1998'de Pensilvanya Üniversitesi'ne bağlı bir okulda akademisyen olarak çalışmaya başlamıştır. Akademik kariyerine de devam eden Yılmaz, 2013 yılında profesör unvanını almıştır.