フィルヒル・ファン・ダイクは1991年7月8日、オランダのブレダ生まれ。ウィレムIIのアカデミーで育ち、その後FCフローニンゲンへ移籍。2011年5月にプロデビューを果たし、エールディヴィジでの経験を積んだ。
2013年にスコットランドのセルティックへ約260万ポンドで加入。在籍した2シーズンでスコティッシュ・プレミアシップ優勝2回、スコティッシュ・リーグカップ優勝1回を経験し、いずれのシーズンもPFAスコットランド年間最優秀チームに選出された。2015年9月にはプレミアリーグのサウサンプトンへ移り、チームメートとサポーター双方から年間最優秀選手に選ばれた。
2018年1月、当時のDFの世界最高移籍金となる7500万ポンドでリバプールへ加入。2019年にはUEFAチャンピオンズリーグ制覇を果たし、UEFAスーパーカップおよびFIFAクラブワールドカップも獲得。2019–20シーズンにはプレミアリーグ優勝に貢献し、クラブの30年ぶりのリーグ制覇を実現した。移籍1年目のフルシーズンにはPFA年間最優秀選手賞とプレミアリーグ最優秀選手賞を受賞し、バロンドールおよびFIFA年間最優秀選手賞でも2位となった。制空権の強さと落ち着いたビルドアップを兼ね備えたセンターバックで、現在もリバプールのキャプテンとして守備の中心を担っている。
オランダ代表では2015年にA代表デビュー。2018年3月からキャプテンを務め、2019年UEFAネーションズリーグ決勝進出、2022年FIFAワールドカップ準々決勝、UEFA EURO 2024準決勝へとチームを導いている。