Setelah menyelesaikan SMA di Bingöl pada tahun 1983, Yılmaz lulus dari Fakultas Ekonomi dan Ilmu Administrasi Universitas Teknik Timur Tengah, Departemen Administrasi Publik dengan pujian pada tahun 1988.
Yılmaz pergi ke Amerika Serikat antara tahun 1992 dan 1994, dan lulus dari Departemen Hubungan Internasional di Universitas Denver . Di Departemen Ilmu Politik dan Administrasi Publik Universitas Bilkent, Yılmaz menerima gelar doktor. Pada tahun 2003, Yılmaz diangkat menjadi Direktorat Jenderal Hubungan UE.
Pada pemilihan tahun 2007, Yılmaz terpilih sebagai wakil Bingöl . Pada 1 Mei 2009 ia diangkat sebagai Menteri Negara di kabinet kedua Erdoğan . Pada 6 Juli 2011 Yılmaz menjadi Menteri Pembangunan di kabinet ketiga Erdoğan. Terhitung 3 Juni 2023 ia diangkat menjadi Wakil Presiden Turki.
