Né le 18 novembre 1968 à Dallas au Texas, Owen Wilson est un adolescent tumultueux. Désireux de poursuivre ses études malgré son indéniable attirance pour la comédie, il obtient, en 1988, un diplôme de littérature anglaise. Comme ses deux frères comédiens Luke Wilson et Andrew Wilson, il décide de tenter sa chance dans le milieu du septième art.

Au cours de ses études, Owen Wilson fait la rencontre du futur réalisateur Wes Anderson. Les deux hommes sympathisent et écrivent un court métrage qui, présenté au Festival de Sundance, séduit immédiatement la profession, dont James L. Brooks qui leur propose d'en faire un long. C'est ainsi que Bottle rocket voit le jour en 1996, Anderson réalisant et scénarisant, Wilson co-scénarisant et jouant. Ces derniers collaboreront à nouveau en 1998, 2001, 2004 et 2007 sur les comédies Rushmore, La Famille Tenenbaum, La Vie aquatique et A bord du Darjeeling Limited.

Multipliant les rôles de "mec à la cool" dans de grosses productions hollywoodiennes comme Anaconda (1997), Armageddon (1998), Hantise (1999) ou En territoire ennemi (2001), l'acteur accède à la consécration grâce au soutien de son fidèle ami Ben Stiller. Quasi-inséparables, ils travaillent ensemble sur des comédies à succès comme Disjoncté (1996), Mon beau-père et moi (2001) et sa suite (2005), Zoolander (2002) et l'adaptation de la série policière culte Starsky et Hutch (2004). A l'aise dans le buddy movie, il devient un partenaire de choix pour Jackie Chan (Shanghai kid et Shanghaï kid II) et Eddie Murphy (Espion et demi). Vince Vaughn, quant à lui, l'emmène faire les 400 coups dans les mariages de Serial noceurs en 2005.

En 2006, Owen Wilson fait ses débuts dans l'animation et prête sa voix au personnage de Lightning McQueen dans Cars de John Lasseter. Copain envahissant de Matt Dillon dans Toi et moi... et Duprée (2006) et garde du corps maladroit dans Drillbit Taylor (2008), Owen Wilson appartient au cercle restreint des grand comiques américains. Une carrière florissante que vient compromettre une tentative de suicide en août 2007. Hospitalisé, l'acteur est contraint d'abandonner le tournage de Tonnerre sous les Tropiques, une comédie de Ben Stiller au générique de laquelle il devait apparaître.

2009 est, une fois de plus, placé sous le signe de l'humour pour le comédien. Dans le film Marley & moi, adaptation du best-seller de John Grogan, il donne la réplique à Jennifer Aniston. Puis il se glisse à nouveau dans le costume de Jedidiah, pour les besoins d'une seconde nuit au musée, entouré entre autres de Ben Stiller. Il retrouve ses amis en 2010, Wes Anderson d'abord en jouant un petit rôle dans Fantastic Mr. Fox puis Ben Stiller qu'il réaccompagne dans Mon beau-père et nous, troisième volet de la série.

Son année 2011 est très fournie puisqu'il y charme Reese Witherspoon dans la comédie romantique Comment savoir, tente de tromper sa femme (avec son accord) grâce au Bon à Tirer que lui accordent les frères Farrelly, se pose les questions de Woody Allen dans Minuit à Paris et redevient le bolide Flash McQueen pour Cars 2.

Après une année loin des sirènes d'Hollywood, l'acteur revient discrètement avec un second rôle dans le film oscarisé The Grand Budapest Hotel, puis tient de nouveau la vedette dans la comédie Les Stagiaires, l'occasion de retrouver son compère Vince Vaughn. Il rejoint ensuite le casting choral de Broadway Therapy dans lequel il incarne Arnold Albertson, un personnage que l'on croirait sorti d'un film de Woody Allen. Ayant participé aux deux premiers volets, c'est tout naturellement qu'Owen Wilson signe pour La Nuit au musée : Le Secret des Pharaons. Le comédien enchaîne rapidement avec Inherent Vice en 2015, un drame de Paul Thomas Anderson on peut plus différent et décalé où il donne la réplique à Joaquin Phoenix. Un peu plus tard la même année, Owen "prouve" qu'il en a dans la caboche grâce à la comédie déjantée Les Cerveaux.

Contre toute attente, l'acteur décide de prendre un virage dans sa carrière et se montre là où on ne l'attend pas, à savoir dans un film d'action intitulé No Escape. C'est face à l'ancien James Bond Pierce Brosnan qu'il tente de faire ses preuves. En 2016, il s'associe pour la douzième fois au fidèle Ben Stiller dans Zoolander 2, suite du film culte de son acolyte. L'humour potache dont il est l'un des fers de lance est dûment célébré dans Les Cerveaux, aux côtés de Zach Galifianakis et Kristen Wiig. Si l'acteur se fait plus rare, on le retrouve au casting du troisième volet de Cars, avant de jouer le père de Jacob Tremblay dans le déchirant Wonder, aux côtés de Julia Roberts.