S'intéressant depuis longtemps aux expéditions polaires, Wilkins obtient sa première mission en 1913, grâce à Vilhjalmur Stefansson, qui le recrute en tant que photographe lors d'une expédition en Arctique qui dure jusqu'en 1916.

En 1917, durant la première guerre mondiale, il s'engage dans le corps militaire aérien d'Australie en tant qu'officier à la section photographie des forces australiennes en France. Il y fera la rencontre du capitaine Frank Hurley, le photographe de Mawson et des expéditions de Shackelton.

Après la guerre, en 1919, Wilkins retourne aux expéditions polaires avec un premier voyage en Antarctique.

De 1919 à 1920, il est Commandant en Second d'une expédition britannique et de 1921 à 1922, chef d'une équipe de scientifiques et de naturalistes lors de l'expédition de Sir Ernest Shackleton. En Australie de 1923 à 1925, il est Commandant d'une expédition australo-islandaise financée par le British Museum. Le but de l'expédition est d'étudier la vie des aborigènes, la vie animale et végétale et de collecter de nombreux spécimens.
C'est en 1925 qu'il propose une expédition en antarctique dont le but serait de faire un survol de la mer de Ross à la terre de Graham. Malgré le soutien de la Société Royale de Géographie, il n'obtiendra pas les fonds nécessaires.