Né dans une famille de sportifs (son frère ainé Mark a été joueur au poste de centre à Newcastle), il pratique très jeune le rugby à XV. Lors de l'été 1997, Wilkinson entame sa carrière professionnelle chez les avec qui il remporte l’"" dès sa première saison. Il est retenu en sélection nationale pour la première fois à l'âge de 18 ans et obtient sa première sélection le . Il devient célèbre au cours des saisons 2001-2002 et 2002-2003, période durant laquelle il est considéré comme l'un des meilleurs joueurs au monde. Lors de la finale de la Coupe du monde de 2003, il marque le drop de la victoire à la dernière minute du temps additionnel face à l'Australie. Il participe également à deux tournées avec l'équipe des Lions britanniques et irlandais de rugby à XV, en 2001 et 2005, marquant 67 points en six matchs. Puis, souvent éloigné des terrains en raison de multiples blessures, aux ligaments du genou, au bras, à l'épaule et aux reins, il ne joue pas pour l'équipe d'Angleterre entre la Coupe du monde et le match d'ouverture du Tournoi des Six Nations contre l'Écosse le . Cette même année, il est finaliste de la Coupe du monde. En 2009, après douze saisons à Newcastle, il signe un contrat de deux ans avec le Rugby club toulonnais pour tenter de jouer de nouveau plus régulièrement, il a alors trente ans. Fin 2011, il prend sa retraite internationale, et en 2013, il mène le parcours de son club vers sa première victoire en Coupe d'Europe jusqu'à la finale gagnée face à l'ASM Clermont Auvergne le à Dublin. Pour sa dernière saison, il réédite le même exploit avec son équipe l'année suivante en finale face aux Saracens à Cardiff et y ajoute la victoire dans le Championnat de France.