Wilson war Teilnehmer von zwei britischen Antarktis-Expeditionen. Während der "Discovery"-Expedition von 1901 bis 1904 unter Robert Falcon Scott auf der "Discovery" arbeitete er als Arzt und Zoologe. Ernest Shackleton bat ihn, sich an seiner Nimrod-Expedition (1907–1909) gleichfalls zu beteiligen, was Wilson jedoch ablehnte.