Jean-Pierre Vuillemin est le dernier d'une fratrie de six enfants. Son frère François, membre de la communauté Mission de France, est prêtre au travail dans le diocèse de Saint-Dié.
Après avoir passé trois années à Paris pour étudier le droit canonique, période durant laquelle il est également prêtre étudiant à la paroisse Saint-François-Xavier, Jean-Pierre Vuillemin revient sur ses terres natales.
Il est nommé vicaire de la paroisse de Bruyères (1994-1996) avant d’entamer une formation à la faculté de droit de l’Institut catholique de Paris (1996-1999). Il est ensuite nommé successivement curé in solidum de la paroisse Saint-Pierre-Fourier de Mirecourt (1999-2004), curé de la paroisse La-Croix-de-Virine de Dompaire (2004-2012), et curé modérateur de la paroisse Saint-Goëry d’Épinal ainsi que curé doyen de la communauté de paroisses d’Épinal (2012-2019).
En parallèle de ses activités de curé, les compétences en droit canon de Jean-Pierre Vuillemin lui permettent d'occuper la charge d'official de l’officialité interdiocésaine de Dijon, Nancy, Saint-Dié et Verdun (1999-2011) puis vice-official de l’officialité interdiocésaine de Besançon (2011-2012). Il est également membre du conseil épiscopal jusqu'à sa nomination en tant qu'évêque. En tout, il a passé dix-sept ans dans les tribunaux internes de l'Église. Pendant toutes ces années il traite de nombreux dossiers de demande de déclaration de nullité de mariage ainsi que quelques cas d'abus. Il déplore d'ailleurs que l'official soit souvent limité aux questions matrimoniales et si peu sollicité pour les questions pénales[1].
Il participe à une coopération militaire à Séoul pendant deux ans, à la fin des années 1980. Il a ensuite l'occasion de visiter l'Inde, le Japon et le Tibet. Cela lui permet de découvrir d'autres religions comme le bouddhisme, l'hindouisme et le chamanisme[1].
Évêque
Le , au cours de la messe chrismale, Jean-Christophe Lagleize, évêque de Metz, annonce qu'il a demandé au Vatican la possibilité d'être assisté par un évêque auxiliaire en raison de ses problèmes de santé. Il précise également que celui-ci pourrait prendre ses fonctions dans les mois suivants[2].
Le , le pape François nomme Jean-Pierre Vuillemin évêque auxiliaire de Metz avec le titre d'évêque titulaire de Thérouanne (pour un évêque auxiliaire, l'usage veut qu'on lui attribue un siège titulaire lors de sa nomination). Comme la nomination intervient dans un diocèse concordataire, le décret est signé par le président de la République française Emmanuel Macron et diffusé au Journal officiel le même jour[3].
Le , à la suite de la démission de Jean-Christophe Lagleize pour raisons de santé, Jean-Pierre Vuillemin est nommé administrateur apostolique pour gouverner le diocèse de Metz jusqu’à la prise de possession canonique de son successeur Philippe Ballot qui a lieu le [6]. Lors de la messe d'installation en la cathédrale Saint-Étienne, le nouvel évêque confirme Jean-Pierre-Vuillemin comme vicaire général[7].
À côté de ses fonctions religieuses, Jean-Pierre Vuillemin est apiculteur depuis ses 22 ans : passion qu'il arbore sur ses armoiries où figurent, en plus du chapeau et de la croix de procession, communs aux évêques, une ruche et des abeilles, mais aussi une bible, ornée de la Croix de Lorraine, en noir et blanc, rappelant ses origines vosgiennes[9]. Il considère que c'est son lien à la terre et qu'il est nécessaire d'en avoir un d'une manière ou d'une autre[1].