Vilhelm Klein var assistent ved Kunstakademiets Arkitektskole september 1864 – maj 1869 og var involveret i de fleste af tidens dominerende håndsværks- og industriforeninger. Han var således medlem af Industriforeningens repræsentantskab 1868-81, af sammes bogudvalg 1870-81, medinitiativtager til oprettelsen af Den nye Håndværkerskole og forstander ved samme 1868-76, medlem af den midlertidige bestyrelse for Det tekniske Selskabs Skole 1876, stifter af og forstander for Tegne- og Kunstindustriskolen for Kvinder 1876-1907, medlem af Kunstakademiet og Skolerådet 1883-88 samt arkitekt og sekretær for den danske afdeling på verdensudstillingen i Paris 1889. 1869 var Klein arkitekt for Arbejdernes Byggeforening, men foreningen var ikke tilfreds med hans indsats, og han blev erstattet af Frederik Bøttger.