A jucat rolul personajului recurent Marty în zece episoade din serialul Gilmore Girls în sezoanele al patrulea, al cincilea și al șaptelea, după ce a fost descoperit de co-creatorii Gilmore Girls, Amy Sherman-Palladino și Dan Palladino, în timp ce lucra ca ospătar la Mercer Kitchen din SoHo.

Wilcox a apărut, de asemenea, în producția de la Goodman Theater a nuvelei The Light in the Piazza de Elizabeth Spencer, în rolul lui Fabrizio, alături de Celia Keenan-Bolger în rolul Clarei, și în producția off-Broadway The Great American Trailer Park Musical din 2005, în rolul lui Leo/Duke. În 2006, a jucat în adaptarea off-Broadway Roundabout Theatre Companies a piesei Suddenly Last Summer, o piesă de Tennessee Williams, în rolul lui George Holly; Carla Gugino și Blythe Danner au jucat, de asemenea, în acest proiect.

Avea un rol mic în filmul Interview cu Steve Buscemi și Sienna Miller, care a avut premiera în Statele Unite la Festivalul de Film Sundance 2007. Wayne a jucat, de asemenea, rolul Adult Alexander Ashbrook în Coram Boy, o versiune de pe Broadway a producției de succes din 2006 a Teatrului Național din Londra, care a avut premiera în mai 2007.

În 2011, a jucat în The Normal Heart.

Înainte de a trece la Broadway, film și televiziune, a făcut parte din Tim Hanes’ Kids Unlimited din Knoxville, TN.

A fost Sydney Chaplin în Chaplin: the Musical în 2012.

În perioada aprilie-iunie 2015, a jucat în premiera piesei Sense and Sensibility a lui Paul Gordon la Chicago Shakespeare Theatre, având rolul lui Edward Ferrars.

În 2018, a interpretat personajul Ray într-un serial web, Only Children, pentru care a fost nominalizat la categoria Best Lead Actor- Drama la Indie Series Awards 2019.

.