Attore, sceneggiatore e produttore. Cresciuto in Texas con la madre fotografa, il padre manager pubblicitario e i due fratelli, Andrew e Luke, ha frequentato la St. Mark's Academy di Austin, la Thomas Jefferson School e l'Accademia Militare nel New Mexico, prima di andare all'Università del Texas di Austin, dove si laurea nel 1991. All'università frequenta un corso di sceneggiatura e qui conosce Wes Anderson, suo compagno di classe. Tra i due nasce una forte amicizia consolidata soprattutto dalla loro comune passione per il cinema. Decisi a tentare la via di Hollywood, scrivono a quattro mani la sceneggiatura di un corto in bianco e nero dal titolo "Bottle Rocket", diretto nel 1994 da Anderson e interpretato dai tre fratelli Wilson. Lo script passa per le mani di alcuni produttori importanti e nel 1996 esce il lungometraggio omonimo (in Italia "Un colpo da dilettanti") diretto dallo stesso Anderson e interpretato oltre che dagli stessi attori anche da James Caan. I fratelli Wilson con il loro amico Anderson si trasferiscono a Los Angeles e il volto di Owen inizia ad apparire sempre più spesso sul grande schermo in ruoli più o meno importanti. Appare tra gli altri in "Il rompiscatole" (1996),"Anaconda" (1997), "Armageddon" (1998), "La colazione dei campioni" (1999), "Haunting - Presenze" (1999), "Pallottole cinesi" (2000), "Ti presento i miei" (2001), "Behind enemy lines" (2001). Tra un'interpretazione e l'altra, nel 1997 è tra i produttori associati di "Qualcosa è cambiato" di James L. Brooks, mentre nel 1998 torna a unirsi ad Anderson per scrivere e produrre "Rushmore" (1998) e "The Royal Tenenbaums" (2001) entrambi diretti dallo stesso Anderson. Scanzonato e spiritoso con Stiller, Vince Vaughn, Steve Carrell, Will Ferrell e il fratello Luck forma il "Frat Pack" ispirato al clan di Sinatra, detto "Rat Pack". Diventa quindi uno dei comici più pagati di Hollywood, arrivando a cachet sui 15 milioni di dollari ma forse, avendo iniziato come sceneggiatore e attore drammatico, non è quello che si era prefisso tanto che, anche in seguito alla rottura avvenuta a giugno della sua relazione con Kate Hudson, iniziata sul set di "Tu, io e Dupree" (1996), negli ultimi giorni di agosto 2007, tenta il suicidio a Hollywood con barbiturici e il taglio delle vene del braccio sinistro, mentre lo si attendeva a Venezia per la presentazione del film di Wes Andersoni "The Darjeeling Limited", di cui è il protagonista.