Оуэн — один из трёх голливудских братьев Уилсонов, помимо него — его родные братья Люк и Эндрю Уилсон. Он родился в Далласе, штат Техас. Отец Оуэна — Роберт Уилсон [род. в 1941], мать — Лаура Уилсон [род. в 1939 году]. Первые его шаги в кино и на телевидении не вызвали особого ажиотажа. Продвижению карьеры способствовала встреча с Беном Стиллером, в дальнейшем другом Уилсона, который начал приглашать Оуэна к участию практически во всех своих проектах: [«Образцовый самец», «Знакомство с родителями», «Убойная парочка: Старски и Хатч», «Ночь в музее»].26 августа 2007 года Уилсон был доставлен в больницу Санта-Моники после попытки самоубийства. По сообщениям прессы, актёр принял большое количество лекарств, после чего вскрыл себе вены на обоих запястьях. Причиной этого был разрыв отношений с Кейт Хадсон. Через некоторое время они снова возобновили их, но потом пара объявила о своем окончательном прекращении отношений.