Owen Cunningham Wilson rođen je 18. studenoga 1968. godine u američkom Austinu. Majka mu se bavila fotografijom, dok je Wilsonov otac radio na lokalnoj televiziji. Njegova braća Andrew i Luke također su poznati glumci. Još dok je bio u srednjoj školi, Owen je dvaput slomio nos. Prvi put je na hitnoj završio nakon tučnjave u školi, a drugi put je nos slomio dok je igrao nogomet s prijateljima. Kasnije se šalio kako mu nos vjerojatno ne bi dobro izgledao ni da ga nije slomio.
Iz srednje škole je izbačen jer je prepisivao na testu matematike, a nakon toga se prebacio u vojnu školu. Na Sveučilištu u Austinu upisao je engleski jezik, no fakultet nikada nije završio. Ondje se sprijateljio s Wesom Andersonom, s kojim je bio i cimer, a dvojac je kasnije zajedno radio na brojnim projektima. Upravo Andersonov film "Bottle Rocket" iz 1996. bio mu je prvi projekt na velikom platnu, a osim što je glumio, surađivao je s kolegom i na pisanju scenarija.
Iste godine je na audiciji za film "Nepodnošljivi gnjavator" upoznao Bena Stillera, koji mu je kasnije postao najbolji prijatelj. Zajedno su se pojavili u čak 12 filmova.
"Shanghai Noon" prvi je naslov koji mu je donio veći uspjeh, a sporednom ulogom u filmu "Zoolander" osvojio je Hollywood. 'Lovci na djeveruše', 'Marley i ja', 'Ponoć u Parizu', 'Noć u muzeju', samo su neki od filmova kojima je zarobio srca publike te se etablirao kao jedan od najpoželjnijih glumaca u komedijama. Koketirao je i s drugim žanrovima, no komediji se uvijek rado vraćao. Još je aktivan na velikom platnu te surađuje s brojnim poznatim imenima. Serije "Loki" i "Stick" posljednji su mu veći projekti, a već je najavio da nastavlja i s filmskim produkcijama.
Wilson je privatno imao nekoliko problema, a svijet je 2007. godine obišla vijest da si je pokušao oduzeti život. Završio je u bolnici u Santa Monici te je medije zamolio za privatnost u tom trenutku. Obitelj i prijatelji često su ga posjećivali, a prijatelji Wes Anderson i Woody Harrelson svakodnevno su odlazili k njemu. Iz bolnice su ga pustili nakon nekoliko dana, a odustao je od nekoliko uloga koje je u tom trenutku imao. Nije htio odgovarati na pitanja novinara, a tek je godinama kasnije komentirao kako su mu braća jako pomogla tijekom oporavka.
Nikada se nije ženio, a ima troje djece s tri bivše
Owen Wilson se nije ženio, no povezivali su ga s brojnim poznatim ljepoticama. Prva javna veza bila mu je ona s pjevačicom Sheryl Crow, koju je upoznao 1999. na setu filma "The Minus Man". Nisu previše otkrivali o svojoj ljubavi, a pjevačica je glumcu navodno posvetila singl "Safe and Sound". Zajedno su bili dvije godine, nakon čega su ga mediji počeli povezivati s još jednom poznatom ljepoticom.
Radilo se o Kate Hudson, koju je upoznao na setu filma "Svakog gosta tri dana dosta". Paparazzi su ih pratili svugdje po svijetu, a iako nisu otkrivali previše, njihovi prijatelji su kasnije komentirali tu vezu. Nekoliko su puta prekinuli i mirili se, a izvori bliski paru isticali su da su se ružno razišli na kraju. Navodno su ostali dobri prijatelji.
S Jade Duell hodao je godinu dana 2010., a par je zajedno dobio sina. Njihova ljubav nije opstala, no govorili su kako zajedno odgajaju dijete. Drugog sina je dobio s Caroline Lindqvist. Osobna trenerica je komentirala da ju je trudnoća iznenadila, no odlučila je zadržati dijete. Wilson je u intervjuima govorio da nema namjeru stati pred oltar.
S majkom svog drugog sina prekinuo je nedugo nakon što se on rodio, a od 2017. je ljubio Varunie Vongsvirates. Njihova veza je došla u centar pažnje medija kada je rođena njihova kći 2018. Naime, Wilson je zahtijevao test očinstva te je potvrđeno da joj je on otac. Vongsvirates je tvrdila da glumac nikada nije upoznao njihovu kćer. Pristao je plaćati alimentaciju, a mediji su nerijetko prenosili njihove svađe.