Nacido y criado en Dallas, Owen creció en Texas con su padre, un ejecutivo de publicidad, y su madre fotógrafa Laura. Este alborotador fue enviado New Mexico Military Institute para aprender algo de disciplina. Estando allí descubrió su pasión por escribir - redactando la revista colegial - y entonces fue a la UCLA en California para estudiar inglés. Mientras estudiaba, Wilson conoció al aspirante a cineasta W Anderson, lo que resultó en su primera película juntos, un corto acerca de un robo a una librería llamado Bottle Rocket, el cual fue emitido en el festival de Sundance en 1993, atrayendo la atención de productor Platt Asta y al escritor/director James L. Brooks. Con su apoyo convirtió el corto en un largometraje: Bottle Rocket (1996). Aunque no fue muy exitosa en la taquilla, triunfó para ganar un buen número de fanáticos ardientes entre los cinéfilos. Como actor, Wilson tuvo papeles secundarios The Cable Guy en 1996 y al año siguiente en la película de bajo presupuesto Anaconda. Volvió a formar equipo con Anderson en la sublime Rushmore , protagonizada por Bill Murray que co-escribió y produjo. Wilson trabajó constantemente durante el resto de la década de los 90. Wilson logró traer darle una chispa humorística a sus actuaciones en Anaconda (1997), Apocalipsis (1998), y The Haunting (1999). En un frente artísticamente mas exitoso, el siguiente guión de Wilson con Anderson tuvo como resultado el laureado Rushmore (1998). Con su mezcla singular de caracteres, la combinación distintivo del humor impasible y la emoción verdadera, y de los desempeños magníficos de Jason Schwartzmancomo el joven prodigio Max Fischer y la Bill Murraycomo el deprimido millonario Blume, Rushmore ganó el premio de los críticos y demostró que Bottle Rocket no era casualidad. Cambiando de género, protagonizó a Roy O'Bannen en la película de artes marciales Shanghai Noon junto a Jackie Chan El protagonizó con Ben StillerMeet The Parents y Zoolander, así como The Royal Tenenbaums (por el que fue nominado para un Oscar como co-escritor), trabajando también junto a su hermano Luke. Luego trabajó en Behind Enemy Lines con Gene Hackman, la película I Spy con Eddie Murphyy la continuación de Shanghai Nights, Shanghai Knights. Interpretó a Hutch en la nueva versión moderna de la serie de la televisión de los Setenta Starsky & Hutch por un pago de 8 millones de libras.