Urodzony w Wodzisławiu Śląskim Wilczek rozpoczął karierę w lokalnym klubie Odra Wodzisław Śląski, następnie został wypożyczony do LKS Silesia Lubomia. Grał dla GKS Jastrzębie w I lidze od września 2007 do grudnia 2008. Dołączył do Piasta Gliwice podczas zimowego okna transferowego i zadebiutował w Ekstraklasie w lutym 2009 r.  Od 2010-2013 roku występował w Zagłębiu Lubin po czym powrócił do Piasta. W przełomowym sezonie 2014/15 Kamil Wilczek zdobył 20 bramek i został królem strzelców Ekstraklasy. W kolejnym sezonie przeniósł się do włoskiego Capri.

Wilczek we Włoszech rozegrał tylko trzy spotkania i został wystawiony na listę transferową. W sezonie 2015/16 chęć zakontraktowania Polaka wyraziło duńskie Brondby.