Симпатичният тексасец Люк Кънингам Уилсън е роден в Далас през 1971 г. в семейството на ирландски американци, родом от Масачузетс. Син е на Лора (Кънингам), фотограф, и Робърт Андрю Уилсън, рекламен мениджър, и е отгледан с двама братя - Оуен Уилсън (среден) и Андрю Уилсън (най-голям). И тримата ще направят кариера в киното, като Люк Уилсън открива любовта си към актьорството, докато е студент в Occidental College. През 1993 г. братята Уилсън си сътрудничат с Уес Андерсън за създаването на филма Bottle Rocket (1994 г.), който първоначално е 13-минутен късометражен филм. Радостната оптимистична история на трима тексасци, които се стремят да станат успешни крадци, Bottle Rocket (1994) има премиера на фестивала Сънданс през 1993 г., където привлича вниманието на режисьора Джеймс Л. Брукс. С помощта на Брукс късометражният филм се превръща в пълнометражен игрален филм, пуснат през 1996 г. под същото име - Bottle Rocket (1996). След това Уилсън се премества в Холивуд, където се установява заедно с двамата си братя и Андерсън, а същата година Уилсън участва и в драмата за съзряването "Да разказваш лъжи в Америка" (1997). След големи роли в три комедии от 1998 г. - "Шаферки" (1997), "Бонгуотър" (1998) и "Домашни пържени картофи" (1998) (в последните две участва заедно с Дрю Баримор), през следващата година Уилсън се снима в още три комедии. Първата от тях, Dog Park (1998), е канадски филм, режисиран от възпитаника на "Децата в залата" (1988) Брус Маккулох, и представя Уилсън като един от групата двадесет и няколко годишни, които преминават през изпитанията и трудностите на любовта. В Blue Streak (1999 г.) актьорът е в ролята на помощник на превърналия се в полицай крадец Мартин Лоурънс, а в Kill the Man (1999 г.) (чиято премиера е на фестивала "Сънданс" през 1999 г.) е в ролята на собственик на малък копирен център, който се конкурира с голяма верига магазини отсреща. Макар че до 2001 г. се придържа към комедията с роли в "Ангелите на Чарли" (2000) и "Легална блондинка" (2001), Уилсън се насочва към зловещото в трилърите "Престън Тайлк" (2000) и "Оцелели души" (2001), преди да се събере отново с брат си Оуен Уилсън и Уес Андерсън, за да направи едно от най-запомнящите си изпълнения като Ричи в "Кралски тененбаумс" (2001). През 2003 г. Уилсън се превъплъщава в две роли от миналото, участвайки в двата филма "Ангелите на Чарли": (2003) и "Легално блондинка 2: Червено, бяло и русо" (2003). Същата година той се превръща в една от звездите на филма на Тод Филипс "Старо училище" (2003). През 2004 г. Уилсън се впуска в "Историята на Уендъл Бейкър" (2005) - филм, в който изпълнява главната роля и е режисиран съвместно с брат си Андрю Уилсън.
Въпреки че дебютира в киното в известния независим филм Bottle Rocket (1996 г.), първоначално получава по-голямо признание за ролята си в реалния живот като гадже на Дрю Баримор, отколкото за актьорската си игра. За щастие на Уилсън, екранните му таланти надхвърлят връзката му с Баримор и той се радва на стабилна работа и нарастваща популярност чрез съществени роли в редица филми - И.И. превод