A Gilmore Girls negyedik, ötödik és hetedik évadában tíz epizódban játszotta Marty visszatérő karakterét, miután a Gilmore Girls társalkotói, Amy Sherman-Palladino és Dan Palladino felfedezték, miközben pincérként dolgozott a SoHo-i Mercer Kitchenben.

Wilcox szerepelt még Elizabeth Spencer The Light in the Piazza című novellájának Goodman Színházi előadásában Fabrizio szerepében Celia Keenan-Bolger mellett Clara szerepében, valamint 2005-ben a The Great American Trailer Park Musical off-Broadway előadásában Leo/Duke szerepében. 2006-ban a Roundabout Theatre Companies off-Broadway-adaptációjában, a Suddenly Last Summer című Tennessee Williams-darabban játszott George Holly szerepében; Carla Gugino és Blythe Danner is szerepelt a projektben.

Kisebb szerepet kapott a Steve Buscemi és Sienna Miller oldalán készült Interview című filmben, amelynek amerikai premierje a 2007-es Sundance Filmfesztiválon volt. Wayne játszotta továbbá a felnőtt Alexander Ashbrookot a Coram Boyban, a 2006-os sikeres londoni Nemzeti Színházi produkció Broadway-változatában, amelyet 2007 májusában mutattak be.

2011-ben szerepelt a The Normal Heartban.

Mielőtt a Broadwayre, a filmre és a televízióra költözött volna, a TN Knoxville-ben, Tim Hanes Kids Unlimitedjében játszott.

2012-ben Sydney Chaplin volt a Chaplin: the Musicalben.

2015 április-június között szerepelt Paul Gordon Sense and Sensibility című darabjának premierjében a Chicago Shakespeare Theatre-ben, Edward Ferrars szerepét alakítva.

2018-ban Ray karakterét alakította az Only Children című websorozatban, amiért a 2019-es Indie Series Awards-on a legjobb drámai főszereplőnek járó díjra jelölték.