Стефания окончила частную школу Ядвиги Сикорской в Варшаве, затем факультет естественных наук Льежского университета в Бельгии. Вернувшись в Варшаву, работала волонтёром в приюте для еврейских сирот. Приют был в заброшенном состоянии, Вильчиньска наладила его работу и вскоре была назначена на руководящую должность. Там в 1909 г. она познакомилась с Янушем Корчаком, сотрудничество с которым продолжалась вплоть до гибели обоих.

Вместе с Корчаком Вильчиньска основала и вела Дом сирот для еврейских детей в Варшаве (1912-42) на Крохмальной улице, 92, где применялись новаторские педагогические методики, воспитывающие в детях чувство собственного достоинства. Дом сирот был организован по модели государства, управляемого детьми - в нём была своя "конституция", выборный детский парламент, товарищеский суд. Дети называли Вильчиньску "пани Стефа".

Стефания руководила Домом в отсутствии Корчака во время Первой мировой войны и во время его путешествий в Палестину в 1934 и 1936 годах. В 1935 г. Вильчиньска также ездила в Палестину, жила в кибуце Эйн-Харод, но перед войной вернулась в Польшу. Оккупировав западную половину Польши, нацисты в 1940 г. перевели  Дом сирот в гетто. Друзья предлагали Вильчиньской бежать из Польши, но она отказалась и осталась с Корчаком и детьми.

Летом 1942 г. немецкие власти решили депортировать Дом сирот в лагерь смерти. Утром 6 августа в Доме раздалась команда "Alle Juden raus!". Сотрудники могли покинуть приют, но решили остаться с детьми до конца. Дети построились в колонны по четверо и в сопровождении воспитателей и в окружении фашистской охраны пошли на Умшлагплац, откуда их в товарных вагонах отправили в Треблинку. Первый отряд вёл Корчак, второй - Вильчиньска. Все они погибли в газовой камере.

В 1947 г. Вильчинская посмертно награждена польским орденом Серебряный Крест Заслуги. В 2004 г. в Варшаве посмертно издана книга Стефании Вильчиньской "Слово детям и педагогам", издано также несколько книг, посвящённых истории её жизни. Символическая могила Стефании Вильчинской находится на месте захоронения её родителей, на варшавском Еврейском кладбище.

Имя Стефания имеет греческие корни и является родственным всем именам, произошедшим от слова стефанос, которое означает "корона".  Фамилия Вильчиньски происходит от названия польского местечка Вильчин в Великопольском воеводстве.

Вне Нью-Йорка

Мемориал Янушу Корчаку и Стефании Вильчиньской на Горе ветра под Иерусалимом.