Дебютировал Уилсон, подобно многим начинающим актерам в телесериалах – «Одна жизнь, чтобы жить», «Зачарованные», «Закон и порядок, «Специальный корпус». Его первыми появлениями на большом экране стали незначительные роли в конце девяностых, самым громким фильмом тех лет с его участием можно считать музыкальную драму Кэмерона Кроу «Почти знаменит» 2000-го года.
Первая главная роль в кино пришлась на короткометражку Питера Брауна «Self Storage» в 2002-м.
Популярность принесла Рэйну роль Дуайта Шрута в популярнейшем сериале «Офис». Его персонаж, Дуайт, сумасшедший и чокнутый, глупый и наивный, серьёзный и ответственный, оказался для многих зрителей самым ярким героем всего проекта, а его монологи перед камерой заставляли людей по-настоящему падать от смеха. Именно эта работа принесла Уилсону несколько номинаций на «Эмми», а также сделала его обладателем премии Гильдии киноактеров.
В том же году Рэйн также сыграл в прославленном приключенческом фильме Брека Эйснера «Сахара».
В 2007-м Уилсон попал в блестящий состав съемочной группы драматической комедии «Джуно» с режиссером Джейсоном Райтманом во главе. Фильм получил множество наград, включая и «Оскар» за «лучший сценарий».
Главного героя, барабанщика Роберта Фишмена, живущего только рок-н-роллом, актер сыграл в музыкальной комедии Питера Каттанео «Голый барабанщик» в 2008-м.
Роль преподавателя колледжа досталась Рэйну в чрезвычайно ожидаемом проекте 2009 года – продолжении фантастики Майкла Бэя «Трансформеры: Месть падших».
В том же 2009-м актер поработал и над озвучиванием мультипликационного проекта «Монстры против пришельцев».
Сразу несколько крупных ролей можно ожидать от Рэйна Уилсона в 2010 году. Известно, что в боевике «Super» он исполнит роль главного героя. В драме Спенсера Сассера «Хэшер» актер сыграет одного из главных персонажей, а его партнерами по фильму станут Натали Портман и Джозеф Гордон-Левитт. Третья главная роль Рэйна – в комедии Бэрри В. Блауштейна «Мир через замочную скважину», выход которой также ожидается в 2010 году.
Впрочем, основная слава пришла к актеру все-таки с экранов телевизоров. Так, еще одной заметной ролью Рэйна стал Артур из ленты «Клиент всегда мертв».
В 2005-м Уилсон впервые попробовал снимать собственное кино, его дебют – короткометражка «The New Bozena», в которой он выступил режиссером и автором сценария.
Актер женат на писательнице Холидей Рейнхорн, знакомство с которой произошло в классе актерского мастерства. В семье есть сын.
Известно, что Рэйн Уилсон увлекается политикой, поддерживает образовательные благотворительные программы, а также вместе с отцом является коллекционером предметов искусства.