Owen Cunningham Wilson wurde am 18. November 1968 in Dallas, Texas geboren. Sein Vater Robert Andrew Wilson war als Werbefachmann tätig, seine Mutter Laura Cunningham hingegen arbeitete als Fotografin. Nach dem Besuch einer Militärakademie studierte er an der Universität von Texas und lernte dort seinen zukünftigen Freund Wes Anderson kennen. Gemeinsam teilten sie sich ihr Interesse für Filme und begannen schon bald an eigenen Ideen zu arbeiten. Das erste Ergebnis ihrer Zusammenarbeit war der Kurzfilm „Bottle Rocket (1994)“, welchen sie nach Abschluss ihres Studiums realisierten. Gemeinsam mit seinen beiden Brüdern, den um vier Jahre älteren Andrew Wilson und den um drei Jahre jüngeren Luke Wilson, folgte er und Wes Anderson schon bald dem Ruf Hollywoods.

Die Spielfilmversion von „Bottle Rocket (1996)“, indem neben Owen auch sein Bruder Luke mitwirkte brachte ihnen in der Filmbranche erste Anerkennung und führte dazu, dass Owen seine Schauspielkarriere weiter ausbauen konnte. Nach kurzen Auftritten in „Cable Guy (1996)“, „Anaconda (1997)“ und „Armageddon (1998)“ konnte Owen schließlich mit „Shang High Noon (2000)“ einen ersten großen Hit, mit ihm in der Hauptrolle, an der Kinokassa landen. 2001 folgte für seine Performance in Wes Andersons „The Royal Tenenbaums (2001)“ sogar eine Oscarnominierung.    

Eine weitere Kontinuität in seinem Werdegang ist die Zusammenarbeit mit Ben Stiller. Sie standen bereits in acht Filmen gemeinsam vor der Kamera. Darunter Komödienerfolge wie „Zoolander (2001)“ oder „Starsky & Hutch (2004)“.  2006 erfolgte die erfolgreiche Zusammenarbeit in „Nachts im Museum“.

Da es generell sehr auffällig ist, dass Owen Wilson und zahlreiche seiner Freunde immer wieder in den Selben bzw. ähnlichen Konstellationen in Filmen auftreten, wurde in Anlehnung an das legendäre Rat Pack um Frank Sinatra, Dean Martin und ihre Saufkumpanen, der Begriff Frat Pack ins Leben gerufen. Frat steht für Fraternität und spielt auf den Film „Old School (2003)“ an. Ein Großteil der Mitglieder des Frat Pack hat dort einen Auftritt.  Unter anderem werden Ben Stiller, Vince Vaughn, Luke Wilson, Will Ferrell, Steve Carell und Jack Black zum Frat Pack gezählt.

Privat war Owen Wilson längere Zeit mit der Folksängerin Sheryl Crow liiert. Bei den Dreharbeiten zu „Ich, du und der Andere (2006)“ lernte er Kate Hudson kennen, die sich im Mai 2007 von ihm trennte. In Folge verfiel Owen starken Depressionen, was am 27. 08. 2007 zu einem Selbstmordversuch führte.
Die Premiere seines jüngsten Films „The Darjeeling Limited“, erneut eine Kollaboration mit Wes Anderson, fand somit ohne ihn statt.