Pani Espin pochodziła z zamożnej rodziny z Santiago de Cuba, jej ojciec był prawnikiem rodziny Bacardi, producentów znanej marki rumu. Studiowała w prestiżowym Bostońskim Massachusetts Institute of Technology. Kiedy w Hawanie poznała Franka Paisa, rewolucjonistę i współpracownika Fidela Castro, dołączyła do antybatistowskiej konspiracji, zostając przywódcą ruchu rewolucyjnego prowincji Oriente. W ten sposób poznała braci Fidela i Raula Castro. Wraz z nimi przeniosła się na pewien czas do Meksyku, przygotowując późniejszą inwazję na Kubę. W 1956 roku, wraz z grupą 82 rewolucjonistów przypłynęła na Kubę na słynnym, kilkunastoosobowym jachcie Granma (Babcia), którego imieniem - po zwycięskiej dla Fidela i jego zwolenników rewolucji - nazwano jedną z kubańskich prowincji. W 1959 roku poślubiła Fidela Castro. Mieli czwórkę dzieci. Vilma Espin była przewodniczącą Federacji Kobiet Kubańskich i działaczką na rzecz równouprawnienia kobiet. Była także członkinią KC i Biura Politycznego rządzącej Kubą od rewolucji Partii Komunistycznej.