Hij speelde het terugkerende personage Marty in tien afleveringen van Gilmore Girls tijdens het vierde, vijfde en zevende seizoen. Hij werd ontdekt door de mede-samenstellers van Gilmore Girls, Amy Sherman-Palladino en Dan Palladino, toen hij als ober aan het werk was in Mercer Kitchen in SoHo.

Wilcox was ook te zien in de Goodman Theater productie van Elizabeth Spencer’s novelle The Light in the Piazza als Fabrizio naast Celia Keenan-Bolger als Clara, en in de off-Broadway productie van The Great American Trailer Park Musical in 2005 als Leo/Duke. In 2006 was hij te zien in de Roundabout Theatre Companies off-Broadway adaptatie van Suddenly Last Summer, een toneelstuk van Tennessee Williams, als George Holly; Carla Gugino en Blythe Danner acteerden ook in het project.

Hij heeft een kleine rol in de film Interview met Steve Buscemi en Sienna Miller, die zijn Amerikaanse première beleefde op het Sundance Film Festival van 2007. Wayne speelde ook Adult Alexander Ashbrook in Coram Boy, een Broadway-versie van de succesvolle productie National Theater of London uit 2006, die in mei 2007 opende.

In 2011 speelde hij in The Normal Heart.

Voordat hij overstapte naar Broadway, film en televisie, maakte hij deel uit van Tim Hanes’ Kids Unlimited in Knoxville, TN.

Hij was Sydney Chaplin in Chaplin: the Musical in 2012.

Van april-juni 2015 was hij te zien in de première van Paul Gordon’s Sense and Sensibility in Chicago Shakespeare Theatre, waarin hij de rol van Edward Ferrars vertolkte.

In 2018 speelde hij het personage van Ray in een webserie, Only Children, waarvoor hij werd genomineerd voor Best Lead Actor- Drama bij de 2019 Indie Series Awards.