Wilson werd geboren in het Noord-Ierse Aghagallon, maar koos ervoor om uit te komen voor Ierland. Hij speelde tot zijn vijftiende in de Noord-Ierse jeugdelftallen. Bij de elftallen onder 18, 19 en 21 kwam hij uit voor Ierland. In maart 2010 werd hij voor het eerst opgeroepen voor een vriendschappelijke interland tegen Brazilië. Hij debuteerde in het vierlandentoernooi in februari 2011 tegen Wales. In januari 2012 deed de bondscoach van Noord-Ierland, Michael O'Neill, Wilson een laatste aanbod om nog van gedachte te veranderen, maar Wilson weigerde het aanbod. Op 16 oktober 2012 maakte hij zijn eerste interlanddoelpunt in een WK-kwalificatiewedstrijd tegen de Faeröer. In november 2015 plaatste Wilson zich met Ierland voor het Europees kampioenschap voetbal 2016 na een play-off tegen Bosnië en Herzegovina.