Hän näytteli toistuvaa hahmoa Martya kymmenessä jaksossa Gilmore Girls -sarjassa neljännen, viidennen ja seitsemännen tuotantokauden aikana sen jälkeen, kun Gilmore Girlsin luojien Amy Sherman-Palladino ja Dan Palladino olivat löytäneet hänet työskennellessään tarjoilijana Mercer Kitchenissä SoHossa.

Wilcox on esiintynyt myös Elizabeth Spencerin romaanin The Light in the Piazza Goodman-teatterin tuotannossa Fabrizion roolissa Celia Keenan-Bolgerin rinnalla Claran roolissa sekä The Great American Trailer Park Musicalin off-Broadway-tuotannossa Leo/Duke vuonna 2005. Vuonna 2006 hän esiintyi Roundabout Theatre Companiesin off-Broadway-sovituksessa Tennessee Williamsin näytelmästä Suddenly Last Summer George Hollynä; hankkeessa näyttelivät myös Carla Gugino ja Blythe Danner.

Hänellä on pieni rooli Steve Buscemin ja Sienna Millerin kanssa elokuvassa Interview, joka sai Yhdysvaltain ensi-iltansa Sundance-elokuvafestivaaleilla 2007. Wayne näytteli myös aikuista Alexander Ashbrookia Coram Boy -elokuvassa, joka on Broadway-versio menestyksekkäästä vuoden 2006 Lontoon kansallisen teatterin produktiosta, joka sai ensi-iltansa toukokuussa 2007.

Vuonna 2011 hän näytteli elokuvassa The Normal Heart.

Voittaessaan siirtyä Broadwaylle, elokuviin ja televisioon hän oli osa Tim Hanesin Kids Unlimited -yhtyettä Knoxvillessä TN:n osavaltiossa.

Hän näytteli Sydneyn Chaplinin roolissa elokuvassa Chaplin: the Musical vuonna 2012.

Huhtikuusta kesäkuuhun 2015 hän oli Paul Gordonin Sense and Sensibility -näytelmän ensi-illassa Chicagon Shakespeare-teatterissa Edward Ferrarsin alkuperäisroolissa.

Vuonna 2018 hän näytteli Rayn hahmoa nettisarjassa Only Children, josta hän oli ehdolla parhaan naispääosan esittäjän (Best Lead Actor- Drama) palkinnon saajaksi vuoden 2019 Indie Series Awardseissa.