Casey Wilson verbringt ihre Kindheit und Jugend in Alexandria, Virginia. Nach ihrem Schulabschluss, zieht es Wilson nach New York City. Sie schließt eine Schauspielausbildung an der renommierten NYU Tisch School of the Arts und Stella Adler Studio of Acting ab. Für ihre Darbietungen während des Studiums erhält sie die „Excellene in Acting“ Auszeichnung.
Auf Rat eines Schauspiellehrers beginnt Wilson sich auf Comedy zu fokussieren und beginnt Improvisationsunterricht an der Upright Citizens Brigade zu nehmen. Dort bekommt sie die Möglichkeit, mit ihrer besten Freundin eine Zwei-Frauen Sketchshow aufzuführen. Die Show verhilft ihnen Jobs als Autoren zu landen. Sie schreiben den Film „Bride Wars“ und ergattern einen Deal mit UPN, um eine Sitcom zu entwickeln.
Casey Wilson gelingt ein Meilenstein in ihrer Comedy-Karriere, wenn sie in der TV-Saison 2008/2009 Teil des Casts der Sketch-Show „Saturday Night Live“ wird.
Die Schauspielerin erhält Hauptrollen in Serien, wie Happy Endings und Marry Me. In der Satireserie The Hotwives begeistert sie in verschiedenen Rollen.
2016 ist sie in der Amazon-Serie One Mississippi zu sehen.
Casey Wilson hat am Set von Happy Endings den Produzent und Autor David Caspe kennen und lieben gelernt. Seit Sommer 2011 sind die beiden liiert, im September 2013 haben sie sich verlobt und im Mai 2014 geheiratet. Die beiden sind Eltern zweier Söhne, Max red und Henry.