Patrick Wilson kam am 3. Juli 1973 in Virginia zur Welt und besuchte die Carnegie-Mellon Universität. Vor seiner Schauspielkarriere sang und tanzte er unter anderem am New Yorker Broadway in den Musicals The Full Monty und Oklahoma. Für seine herausragenden Leistungen wurde Patrick Wilson 2001 und 2002 jeweils als Bester Hauptdarsteller mit einem Tony Award ausgezeichnet.
Die Musicalerfahrung machte sich bezahlt, als Patrick Wilson 2004 neben Gerard Butler und Emmy Rossum den Part des schönen Raoul in Das Phantom der Oper spielte und sang. Bereits 2003 hatte er sich einen Namen durch die Rolle des schwulen Joe in der Mini-Serie Engel in Amerika gemacht. Hierfür wurde er als Bester Nebendarsteller für einen Emmys und einen Golden Globe nominiert. Um sein Repertoire an verschiedenen Rollen zu füllen, spielte Patrick Wilson 2009 in der Comic-Verfilmung Watchmen – Die Wächter Dan Dreiberg bzw. Nite Owl II.
Patrick Wilson ist seit 2005 mit der Schauspielerin Dagmara Dominczyk verheiratet. Das Paar hat zwei Kinder.
