Люк Уилсон – самый младший из трех братьев Уилсонов, родился в Далласе, штат Техас, где и провел все свое детство. После школы Люк уезжает в Лос-Анжелес и поступает в колледж, серьезно занимается легкой атлетикой и показывает превосходные результаты. Под влиянием старших братьев он начинает посещать драмкружок, бросает спорт и решает стать актером.

В 1994 году, когда Люку было 23 года, состоялся его дебют в кинематографе: он появился в главной роли в 13-минутном фильме «Бутылочная ракета».

Одним из авторов сценария был его брат Оуэн Уилсон, а их друг, Уэс Андерсон, выступил в качестве режиссера картины. Короткометражка оказалась довольно успешной и через 2 года появилось одноименное полнометражное кино, благодаря которому брат Оуэна Уилсона, как и сам Оуэн Уилсон, попали в Голливуд.

В следующем 1997 г. выходит сразу несколько фильмов с участием Оуэна-младшего: «Каково врать в Америке», «Крик-2», «В наркотических волнах» и «Лучшие люди». В последних двух фильмах его партнершей по съемочной площадке была Дрю Бэрримор, его официальная подружка на тот момент.

В 1998 г. Люк и Оуэн Уилсон вновь объединяются с Уэсом Андерсоном. Итогом такого сотрудничества становится картина «Академия Рашмор» о школьнике Максе Фишере, однако в этом фильме участие Люка осталось почти незамеченным, на первый план выступили такие звезды, как Джейсон Шварцман, Брайан Кокс и Билл Мюррей, сыгравшие основных персонажей. В этом же году Люк Уилсон появился в главных ролях в романтических комедиях «Собачий парк» и «Вот такие пироги» и снялся в эпизоде «Секретных материалов».

В комедийном боевике 1999 г. «Бриллиантовый полицейский» Люк сыграл молодого и неопытного полицейского Карлсона, который, сам того не зная, становится другом вора (Мартин Лоуренс) , вышедшего из тюрьмы и пытающегося отыскать спрятанный им бриллиант. Эта картина принесла Люку бешеную популярность и открыла для него новые горизонты.

В 2000 г. выходит фильм «Ангелы Чарли» о секретном подразделении, которому доверяют сверхсложные задания, где Люк Уилсон передал образ Пита Комиски, в 2003 г. вышел сиквел картины «Ангелы Чарли: только вперед».

Картина 2001 г. «Блондинка в законе», которая стала международным хитом, а также ее вторая часть, в которых Люк сыграл Эмметта Ричмонда, друга, а в продолжении - мужа главной героини (Риз Уизерспун) , считается самой узнаваемой ролью актера.

В начале 2000-х в американском кинематографе появился термин FratPack, который используют, когда речь идет о группе комиков, создающих первоклассные комедии. В эту группу кроме Люка Уилсона входит его брат актер Оуэн Уилсон, Уилл Феррелл, Винс Вон Джек Блэк, Бен Стиллер и Стив Карелл. Среди картин, в которых принимал участие не только Люк, но и другие участники группы, следует отметить такие комедии, как «Семейка Тененбаум» (2001) , «Старая закалка» (2003) , «Идиократия» (2006) и «Смерть на похоронах» (2010) .

В 2005 г. Люк дебютировал как сценарист, режиссер и продюсер в картине «История Уэнделла» о хорошем парне, который пытается восстановить справедливость в доме престарелых. Также Люк сыграл еще и главную роль, а вот образ отрицательного персонажа достался его брату Оуэну.

В том же 2005 г. вышла картина «Вокруг света за 80 дней», где одним из партнеров Люка Уилсона стал Джеки Чан.

Люк Уилсон снимается на только в комедийных картинах. Есть в его творческой копилке и вестерн «Поезд на Юму» (2007) , триллеры «Вакансия на жертву» (2007) и «Абсолютное зло», драма «Посредники» (2009) . Снимался Люк и в сериалах «Шоу 70-х» (2002-2005) , «Красавцы» (2004-2011) и «Просвещенная» (2011-2013) .

На конец 2013 г. назначена премьера картины Джуда Апатоу «Телеведущий 2», где Люк Уилсон сыграет с такими актерами, как Джим Керри, Харрисон Форд и Уилл Феррелл. Также в этом году появится комедия «Разбитое на осколки» с Люком Уилсоном. Сам актер в настоящее время задействован на съемках драмы «Дорогая Элеонора», которая выйдет не раньше 2014 г.