Márcio Vilela est diplômé en photographie de l'Escola Superior de Tecnologia de Tomar et titulaire d'un master européen en photographie d'art de l'IED de Madrid.

Ses recherches portent sur l'étude des paysages et la relation entre l'art et la science. Il collabore fréquemment avec des instituts de recherche dans les domaines de l'astrophysique, de l'aérospatiale et de l'hydrographie, entre autres.

En 2008, il a été l'un des sept artistes sélectionnés pour le prix Anteciparte. En 2010, il a effectué une résidence d'artiste de deux ans à Carpe Diem Arte y Pesquisa, qui a débouché sur l'exposition personnelle Mono en 2012. La même année, il est sélectionné pour le prix Abre Alas 8, organisé par la galerie A Gentil Carioca, à Rio de Janeiro. Toujours en 2012, il a participé à une résidence d'artiste sur l'île de São Miguel, aux Açores, à l'invitation de la Galeria Fonseca Macedo. Cette résidence a donné lieu, en 2014, à l'exposition Azores et à la publication d'un livre d'artiste portant le même titre.

La même année, à l'invitation du Museu de Arte Moderna Aloísio Magalhães, il entreprend une résidence artistique dans la ville de Recife, dans le but de développer une nouvelle œuvre sur l'étude du paysage et de la couleur. En 2015, il a participé aux résidences créatives Pico do Refúgio sur l'île de São Miguel, développant la base de recherche pour la série Satellites.