Owen, il più famoso componente della famiglia Wilson, è nato e cresciuto a Dallas con la madre Laura, fotografa, il padre Robert, pubblicitario della PBS e i fratelli Andrew, classe 1964 e Luke, più piccolo, classe 1971, entrambi attori. Frequenta la St. Mark Accademy di Austin, dalla quale viene espulso, per proseguire poi alla Thomas Jefferson School; più tardi, nel 1987, si iscrive all'Accademia Militare di Roswell nel New Mexico; termina gli studi presso l'Università di Austin, nel Texas, dove si laurea in Inglese nel 1991. Durante gli studi in questa università, precisamente ad un corso di sceneggiatura, conosce Wes Anderson, oggi considerato dalla critica uno dei registi più promettenti degli ultimi anni; da questo sodalizio nasce la sceneggiatura scritta a quattro mani di "Bottle Rocket", un cortometraggio di tredici minuti in bianco e nero interpretato dai tre fratelli Wilson e diretto da Anderson. Il corto, dopo la presentazione al Sundance Film Festival del '93, attira l'attenzione del regista James L. Brooks, che offre ai ragazzi ben 5,000,000$ per renderlo un lungometraggio: nasce così, nel 1996, il film "Bottle Rocket", (in Italia "Un colpo da dilettanti") diretto dallo stesso regista ed interpretato dagli stessi attori ai quali si aggiunge anche James Caan. Dopo essersi trasferito a Los Angeles con i fratelli e Anderson, Wilson inizia ad apparire in numerose produzioni per il grande schermo: nel 1998 lo troviamo nel cast del film di Michael Bay "Armageddon". Nello stesso anno scrive, produce ed interpreta "Rushmore", per la regia di Wes Anderson, ambientato in gran parte all'interno della St. John's High. Il 1999 è l'anno in cui prende parte ad un pilot della Fox di 30 minuti, scritto da Dan Harmon e Rob Schrab e diretto da Ben Stiller, intitolato "Heat Vision and Jack", il protagonista è Jack Black, mentre Wilson presta la sua voce alla motocicletta parlante Heat Vision. Sempre nel '99 lo troviamo nell'horror di Jan de Bont "Haunting - Presenze", al fianco di Liam Neeson e Catherine Zeta-Jones. Nel 2000 ottiene una piccola parte in "Ti Presento i Miei": qui è Kevin Rawley, l'odioso e smielato falegname che realizza il gazebo in legno per il matrimonio di Debby, in questo ruolo lo ritroveremo anche nel 2005 nel sequel del film dal titolo "Mi Presenti i Tuoi?". Il 2001 è l'anno della svolta. Innanzitutto riceve, grazie al sodalizio con Anderson, la nomination all'Oscar per il miglior soggetto con "I Tenenbaum", unconventional comedy che narra le vicende di una famiglia particolarmente insolita. Inoltre ottiene un enorme successo di pubblico nell'esilarante parodia del fashion world: "Zoolander", pellicola prodotta, diretta e interpretata da Ben Stiller, Nello stesso anno lo troviamo protagonista del film di John Moore "Dietro le linee nemiche", nel ruolo del tenente Chris Burnett. Il film che ha attribuito maggior successo a Wilson è "Starsky & Hutch", ispirato all'omonima e amatissima serie televisiva creata da William Blinn nel 1975. Qui interpreta Ken "Hutch" Hutchinson, parte che nel serial anni '70 era di David Soul, spalla di David Starsky/Ben Stiller. Nel film, che gli fruttò ben 10,000,000$, Owen/Hutch dà sfoggio anche delle sue doti canore cantando la canzone "Don't give up on us baby", la quale era stata portata in cima alle classifiche musicali da David Soul. Il 2005 è l'anno di "2 Single a Nozze" dove troviamo la coppia Wilson/Vaughn che interpreta rispettivamente gli amici John Beckwith e Jeremy Kline. Nel 2006 lo vediamo nel gustoso fantasy "Una notte al museo", campione d'incassi natalizi negli States, dove divide la scena con un Ben Stiller in stato di grazia, quindi interpreterà "Io, Tu e Dupree", con Matt Dillon e Kate Hudson e "Cars - Motori Ruggenti": in esso dà la voce a Saetta McQueen, giovane macchina da corsa alle prime armi ma con un futuro promettente. Nel 2007 non può mancare una nuova collaborazione con Anderson per la pellicola "Il treno per il Darjeeling", un road movie alla volta dell'India per tre fratelli che devono ritrovarsi. Nel 2008 è ancora commedia: prima "Io & Marley", in cui deve vedersela con un cucciolo di Labrador tutto pepe che sconvolgerà la sua vita e quella di Jennifer Aniston, poi Drillbit Taylor, in cui interpreta una guardia del corpo assodata da due ragazzi che devono vedersela coi bulli tra i banchi di scuola. Il 2009 si apre con un sequel, ovvero "Una notte al museo 2 – La fuga" sempre in coppia con Stiller, continuando con una collaborazione con l'amico Anderson, regista di "Fantastic Mr. Fox", dove doppierà Coach Skip, per finire con "Sansone", altra pellicola che vede come protagonista un cane, un alano stavolta. In questo 2011 potremo vederlo nelle sale protagonista di alcune commedie: "Vi presento i nostri", "Come lo sai" con Jack Nicholson e "Libera Uscita"