Texas RangersRediger
Efter at have startet sæsonen 2001 i Pulaski i Appalachian League blev han forfremmet til Class A med Savannah Sand Gnats. Han bevægede sig gennem High-A Charlotte (Florida State League) og til Double-A Tulsa (Texas League) i slutningen af 2002.
I 2003 vendte Wilson tilbage til Double-A med Frisco RoughRiders i Texas League, hvor han blev kåret som ugens kaster i maj. Hans op- og nedadgående sæson blev afbrudt på grund af en skade, som resulterede i en Tommy John-operation, der afsluttede sæsonen den 12. august.
Efter at have misset hele 2004 på grund af albueskaden var Wilson i stand til at vende tilbage til Double-A i 2005, inden han blev kaldt op til majors senere i samme sæson. Han havde et resultat på 1-7 og en ERA på 6,94 i 24 kampe i sin rookie-kampagne med Rangers. Senere i sæsonen placerede Texas ham i bullpen på fuld tid, hvor han gik 1-2 med en 2,73 ERA i 18 afløsningsoptrædener.
Han startede 2006-sæsonen på 15-dages invalidelisten med en forstrakt hamstring, før han vendte tilbage til holdet og gik 1-2 med en 5,16 ERA med Rangers, før han blev optioned til Triple-A den 1. juni. Mens han var i underholdningsholdet, gik han 1-0 med en 2,45 ERA med to redninger, og i 11 innings slog han 17 ud og gik fem gange i ni optrædener. Efter at være blevet kaldt tilbage den 18. juli sluttede Wilson sæsonen stærkt af, idet han i anden halvdel af sæsonen lavede en ERA på 3,29 i 24 2/3 innings og 27 optrædener og sluttede sæsonen som holdets bedste venstrehåndede setup-mand med en 2-4-rekord og en ERA på 4,06 i alt for Texas. Han viste sig især hård mod venstrehåndede spillere med en ERA på 1,77 med 19 strikeouts i 20 1⁄3 innings.
Med Texas Rangers koordinerede Wilson sin handskefarve med farven på sin trøje
Han blev udnævnt til Rangers’ closer i 2008-sæsonen. Han havde en ERA på 6,06 og konverterede 24 ud af 28 redningsmuligheder.
I 2010 vendte Wilson tilbage til sin tidligere rolle som startende kaster hos Texas. Wilson havde allerede i 2006 udtrykt interesse for at vende tilbage til rotationen og fik besked på at melde sig til forårstræningen i stand til at starte. Tidlige gætterier blandt sportsskribenter og fans, der dækkede Rangers’ forårstræning, diskuterede, om Wilson rent faktisk ville være i stand til at gøre sig fortjent til en plads i rotationen. Efter flere imponerende starter i foråret blev pitching coach Mike Maddux spurgt, om Wilson gjorde rotationen til et svært valg, hvortil Maddux svarede: “Han gør det til et godt valg.” Wilson blev udnævnt til den tredje startende kaster i rotationen efter Scott Feldman og Rich Harden.
I slutningen af april førte Wilson Rangers’ rotation med en ERA på 1,76 efter 4 starter, hvilket var fjerdebedst i AL. Den 7. maj mod Kansas City Royals kastede Wilson en komplet kamp, hvor han vandt 4-1. Det var Wilsons anden komplette kamp i år og i karrieren, den foregående var et regnvejrsforkortet tab på seks innings mod Yankees. Wilson satte 2 klubrekorder efter sin start den 13. maj mod A’s med flest innings i træk uden et home run og flest kvalitetsstarter i træk til at starte en sæson. Wilson gav sit første homerun op den 19. maj mod Angels’ Torii Hunter efter 87 2/3 innings tilbage fra 2009. Wilsons på hinanden følgende kvalitetsstarter endte også i samme kamp.
Wilson førte holdet i sejre og ERA, mens han kastede mere end 200 innings. Han blev udnævnt til anden starter bag Cliff Lee i slutspillet.
Som starter i majors for første gang siden sit rookie-år startede Wilson den anden kamp i eftersæsonen for Rangers
I Wilsons første slutspilskamp kastede han 6.1 innings, hvor han ikke tillod nogen runs på to hits, syv strikeouts og to walks i en 6-0 sejr i kamp 2 mod Tampa Rays i American League Divisional playoff-serien. Han kastede 104 kast støttet af et Ian Kinsler home run og RBI single og et Michael Young 3-run home run i femte.
Wilson startede ALCS for Rangers og kastede syv innings og tillod tre runs og seks hits.
Wilson er blot den sjette spiller i Major League Baseball-historien til at gå otte starter i træk i eftersæsonen uden at registrere en sejr.
Wilson var en 2011 American League All Star. Efter at Rangers vandt AL West den 23. september, meddelte manager Ron Washington, at Wilson ville være holdets startende pitcher i ALDS-match et.
Los Angeles Angels of AnaheimRediger
Den 8. december 2011 indgik Wilson en femårig aftale på 77,5 millioner dollars med Los Angeles Angels of Anaheim. Denne aftale kom kun få timer efter, at Albert Pujols underskrev en rekordstor tiårig aftale på 250 mio. dollars med Anaheim. Kontrakten blev officiel den 10. december.
Den 22. maj 2012 kastede Wilson og Ernesto Frieri en kombineret one-hit shutout mod Oakland Athletics i Oakland, et sted, hvor Wilson sagde, at han ikke kunne lide at kaste, mens han var i Texas Rangers. Wilson slog syv ud og tillod to walks, mens han gav op til en enkelt. Han blev udvalgt til All-Star Game i 2012 efter at have spillet 9-5 med en ERA på 2,43 for Angels. Han sluttede sæsonen med en 13-10-rekord i 34 starter. Han fulgte 2012-sæsonen op med endnu en succesfuld sæson, hvor han vandt karrierens højeste 17 kampe og samtidig sænkede sin ERA fra den foregående sæson til 3,39.
Trods holdet nåede slutspillet i 2014 havde Wilson ikke en god sæson, idet han sluttede med en ERA på 4,51 og førte majors i walks med 85. På grund af hans høje pitch counts var Wilson i gennemsnit mindre end 6 innings pr. start. Wilsons sæson blev afkortet i 2015, hvor han kun startede 21 kampe, inden han udgik med en albueskade i begyndelsen af august. Han valgte at lade sig operere i albuen.
Han startede 2016-sæsonen på invalidelisten for at komme sig efter en albue- og skulderoperation. Den 5. juli blev det annonceret, at Wilson ville gennemgå en skulderoperation, der afsluttede sæsonen, hvilket satte en stopper for hans karriere.