Atriz, cantora e bailarina, Renata Vilela tem uma carreira diversificada que inclui vários musicais, trabalhos em séries para TV aberta e também para streaming, cinema, novela (Negócio da China, de 2009) e comerciais.
Entre 2004 e 2011, Renata atuou nos musicais Cats, Sweet Charity, com Cláudia Raia, Os Produtores, de Miguel Falabella, e na primeira versão do icônico Chicago (2004). Viriam depois O Rei Leão (2013 e 2014), como Rainha Sarabi, e, em 2015, Otelo, clássico de William Shakespeare, com direção de Débora Dubois, e Nine – Um Musical Felliniano, de Charles Möeller e Claudio Botelho.
No ano seguinte, subiu ao placo no Rio de Janeiro e em São Paulo em mais um musical, desta vez Cartola – O Mundo É um Moinho, ao lado de Flávio Bauraqui e Virgínia Rosa, e também no premiado Ombela: A Origem das Chuvas (2019), com direção de Arlindo Lopes.
No cinema, Renata está nos longas Nada a Perder (1 e 2), dirigidos por Alexandre Avancini.
Os trabalhos da artista em TV incluem as séries Assédio (da Rede Globo), Spectros e Onisciente, ambas no Netflix, em 2020. Fez também uma participou na segunda temporada de Segunda Chamada (Rede Globo).
Em 2021, deu voz a um dos personagens da série de animação infantil Os Óculos Mágicos de Charlotte, criada por Miguel Falabella e exibida no canal Disney Junior, e Família Pharmaco, de Miguel Falabella e Rosana Herman, do Canal Desopila no YouTube.
No ano de 2022 gravou a série musical O Coro – Sucesso, Aqui Vou Eu (temporadas 1 e 2), do Disney+, e atuou no musical 7 x Pecado – Broadway in Concert, em que sucessos da Broadway como O Fantasma da Ópera, Grease, Cabaret e Os Miseráveis, entre outros, fazem referência aos sete pecados capitais.