Vilchumlay era curaca de Gualaceo, desde había asistido a las campañas de castigo del Emperador Atahualpa contra las provincias cañaris por haber apoyado a su hermano Huáscar, legítimo heredero del emperador Huayna Cápac. En 1532, el deseo de liberarse de la brutalidad atahualpista y de vengarse por los agravios recibidos llevó a Vilchumlay y a los suyos a recibir en Tumbes a los conquistadores españoles de Pizarro, de quien había tenido noticia desde su segundo viaje al Perú en 1526.^[2]​ Con los líderes cañaris al lado, Pizarro inició su marcha al interior del imperio incaico, culminando en la captura de Atahualpa en Cajamarca, que Vilchumlay probablemente presenció.^[3]​

Pizarro envió a Vilchumlay con Sebastián de Belalcázar a asegurar el puerto de San Miguel de Piura, donde había dejado a 40 enfermos y heridos a la espera de refuerzos llegados de Nicaragua. El conquistador extremeño se encontraba también en la necesidad de contactar con ellos para evitar que se desbandasen y comenzasen operaciones sin autorizar por su cuenta.^[2]​^[3]​ Mientras tanto, Pizarro continuó hacia Cuzco, donde fue recibido también por el otro gran notable cañari de la conquista, Chilche. Merced a los contactos hispano-cañaris establecidos por Vilchumlay, Chilche se incorporó a la hueste de Pizarro y, bautizándose con su nombre, se convirtió en su consejero, guardaespaldas y campeón.^[3]​ Vilchumlay se convirtió también al cristianismo añadiendo a su nombre el de Diego.^[2]​

Diego Vilchumlay combatió al lado de los hispánicos durante la conquista de los territorios sostenidos por antiguos generales de Atahualpa, como Lita y Quilca, y más tarde cobró un papel destacado durante la sublevación antihispánica de Manco Inca. El lugarteniente de Manco, Quizu Yupanqui, puso sitio a Lima en agosto de 1536, a lo que Diego de Sandoval y Vilchumlay respondieron movilizando un ejército cañari para ir al rescate de la ciudad. La sola noticia de su llegada fue sufuciente para que Yupanqui levantara el cerco.^[2]​ En algún momento posterior, Vilchumlay y los suyos sirvieron también contra los saraguros de Loja y en la conquista de Carumas. En 1554 estaba también entre los capitanes cañaris reunidos por Rodrigo de Salazar.^[2]​

Conservó gran importancia durante el gobierno hispánico, incluso tras los inevitables cambios traídos por la administración. Recibió como recompensa por servicios las reparticiones de El Pan, Toctesí y Hazmal, y su nombre se recoge en los documentos fundacionales de Cuenca, en el antiguo núcleo cañari de Tomebamba y cerca de sus propios dominios. Vilchumlay murió en 1666, siendo sucedido al cargo de sus dominios por su hijo Francisco Ymbay.^[2]​

• Caballero Ares, J. (2024). Los indios conquistadores aliados del Perú: el caso de don Francisco Chilche Cañar, cacique, alcalde y capitán del rey. Revista de Historia Militar, I extraordinario de 2024, pp. 83-154. ISSN: 0482-5748
• Espinoza Soriano, Waldemar (2021). Etnias del imperio de los incas: reinos, señoríos, curacazgos y cacicatos. Universidad Ricardo Palma. ISBN 9786124419577. 
• Oberem, U. (1974). Los Cañaris y la conquista española de la Sierra ecuatoriana, otro capítulo de las relaciones interétnicas en el siglo XVI. Journal de la Société des américanistes, vol. 63 (1974-1976), pp. 263-274.