בתחילת שנות ה-80,עבר וילסון ללוס אנג'לס כדי לקדם את הקריירה שלו. הוא חלק דירה עם שני צעירים ששאפו להיות קומיקאים, אנדרו דייס קליי ויעקב סמירנוף; מאוחר יותר, וילסון התלוצץ שהוא "לימד את שניהם על אמריקה".[1]
בשנת 1988 וילסון גילם את דמותו של קונבלאו, קצין משטרת דטרויט, בסרט הקולנוע "Action Jackson".
בשנת 1992, הוא דיבב דמויות שונות בסדרות הטלוויזיה המונפשות "באטמן: איש העטלף" ו-"Gargoyles". הוא העניק את קולו למספר משחקי וידאו של הזיכיון "Wing Commander", ביחד עם מארק האמיל, ובהמשך אף השתתף בסדרת האנימציה, המבוססת על המשחק.
בשנת 1996 שיחק וילסון בסדרה "סברינה המכשפה הצעירה" את סיימון, בן-הזוג החלומי של הילדה, אותה יצרה מבצק.
בשנת 2003, הופיע וילסון על המסך בסרט מוקומנטרי שנקרא "Trial and Error: The Making of Sequestered". לעיתים קרובות דיבב וילסון דמויות בהפקות אנימציה שונות, כגון "באטמן", "Max Steel", "אטלנטיס: שובו של מיילו" ו"בובספוג מכנסמרובע". בנוסף לתפקידי האנימציה, הוא המשיך לדבב דמויות במשחקי מחשב ומשחקי וידאו. כמו כן, היו לו תפקידי משנה בסרט הקולנוע "Larry the Cable Guy: Health Inspector" ובסדרת הדרמה "הלוחשת לרוחות".
בשנת 2004 גילם וילסון את דמותו של נואה קארי בהפקת תיאטרון "Pasadena Playhouse" של המחזה "110 In the Shade", לצידם של מרין מאזי וג'ייסון דניאלי. בשנת 2005 הוציא וילסון אלבום של מופע הבידור שלו, ששמו "!Tom Wilson Is Funny".
בשנת 2007 הופיע וילסון בפרק "Whatever It Takes" של העונה הרביעית של "האוס", בתפקיד לו, אביו של אחת ממטופלותיו של ד"ר האוס.
בשנת 2008 הופיע וילסון בפרק של סדרת דרמה נוספת של רשת פוקס, "בונז". הוא שיחק את צ'יפ ברנט, בעלים של מפעל למיחזור צמיגים.
וילסון הופיע בפרק של דרמת רשת ABC "בוסטון ליגל" (עונה 4, פרק 7), כקצין משטרה לשעבר, שמואשם ברצח.
כשהוא מנגן על גיטרה אקוסטית, הצטרף וילסון הצטרף להרכב המוזיקלי "Relient K", אשר ביצע את השיר "Sleigh Ride" בתוכנית האירוח "The Tonight Show" עם ג'יי לנו; מאחר שחברי הלהקה הם מעריצים של וילסון, הם הזמינו אותו לבצע איתם את השיר בתוכנית.
בחודש מרץ 2009 הופיע וילסון בתפקיד עצמו בפיילוט לסדרה קומית בערוץ הבריטיBBC.[2]
וילסון הנחה את הפודקאסט "Big Pop Fun" עבור "The Nerdist Podcast", החל מנובמבר 2011. בפודקאסט שיתף וילסון את המאזינים בסיפורים על הקריירה שלו, כמו גם שיחות לא רשמיות עם עמיתיו לעסקי שעשועים, בהם סם לוין, בלייק קלארק, סטיב אודקרק, אל ינקוביק ועוד.
וילסון לקח חלק בתוכנית הרדיו "The Bob & Tom Show".
בנוסף, השתתף וילסון בעונה הרביעית של הסדרה "אגדות המחר" של DC וגילם את אביו של נייט היווד.
חיים אישיים
וילסון הוא צייר. רבים מציוריו מתמקדים בצעצועי ילדים קלאסיים. בשנת 2006, הוא נבחר להצטרף לסדנת אמן בדיסנילנד.[3]
עם צבירת הפופולריות של טרילוגיית בחזרה לעתיד לאורך השנים, אנשים רבים החלו לשאול אותו שאלות על חוויותיו במהלך עשיית הסרטים. השאלות החוזרות והנשנות שנשאל שעשעו, אך גם עצבנו את וילסון, והוא כתב עליהן שיר בשם "Biff's Question Song", אותו הוא מבצע באופן קבוע, כחלק ממופע הסטנד-אפ שלו.[5]