וילסון נולד בעיר נורפוק שבווירג'יניה למורה מרי קיי ולזמר ג'ון וילסון.
אחיו מארק הוא כתב ערוץ הטלוויזיה WAVY-TV.
סיים בהצלחה בשנת 1995 את לימודיו ב"אוניברסיטת קרנגי מלון" עם תואר בדרמה.
לווילסון שני בנים מאשתו השחקנית האמריקאית-פולנייה דאגמרה דומינצ'ייק.
ב-2002 שיחק במחזמר "אוקלהומה", בתפקיד הקאובוי קארלי מק'ליין והועמד בפעם השנייה לפרס טוני.
זכה להכרה ראשונה בטלוויזיה, ב-2003 בזכות תפקידו במיני סדרת המופת "מלאכים באמריקה", שם שיחק וילסון בתפקיד הפרקליט ג'ו פיט והועמד לפרס גלובוס הזהב ולפרס אמי.
וילסון פרץ לתודעה בהוליווד בשנת 2004 בדרמה המוזיקלית "פנטום האופרה", בתור הקשיש הנכה ראול, הוויקונט דה-שאניי ובדרמת המלחמה התקופתית "האלמו" בתור קולונל ויליאם ב' טרוויס מהצבא הטקסני.
ב-2006 הופיע בדרמה "ילדים קטנים" בתפקיד טוד אדמסון, מאמן הפוטבול לשעבר המתוסכל מאורח חייו.
ב-2008 שיחק בדרמת הפשע הגזענית "גדר לבנה" בתור כריס מטסון אותו רודף השוטר השחור הגזען אייבל טרנר (סמואל ל. ג'קסון) ובמותחן הפסיכולוגי "נוסעים" בתור אריק הניצל מתאונת מטוס.
ב-2009 השתתף בסרט גיבורי העל האפל "השומרים" בתור גיבור העל "ינשוף הלילה" דניאל דרייברג בעל היכולות הטכנולוגיות.
ב-2010 התפרסם בסרט הפעולה "צוות לעניין" בתפקיד הסוכן המיוחד לינץ' ובקומדיות "אהבה בהחלפה" בתור רולאנד התורם את זרעו להריונה של קאסי לארסון (ג'ניפר אניסטון) ו"קשה על הבוקר" בתור מפיק הטלוויזיה אדם בנט.
ב-2011 הופיע בסרט האימה "בוגדני" ושיחק בתפקיד הראשי בסדרה "איש מחונן".
בשנת 2013 שיחק בסרט האימה המצליח "לזמן את הרוע", ובסרט ההמשך "לזמן את הרוע 2" בשנת 2016.