Чандра Уилсон родилась в Хьюстоне, штат Техас. Она начала свою театральную карьеру в возрасте пяти лет в местном театре. Она закончила Нью-Йоркский университет со степенью бакалавра.
Уилсон дебютировала на телевидении в 1989 году в эпизоде телесериала «Шоу Косби». Она продолжила сниматься на телевидении, исполняя в основном эпизодические роли в таких телесериалах как «Закон и порядок» и «Секс в большом городе». Она также появилась в фильмах «Филадельфия», «Бешеный пёс и Глория», «Звезда шерифа», «Freeвольная жизнь» и «Фрэнки и Элис». В 1991 году она выиграла Theatre World Award за выступление в пьесе «Хорошие времена меня убивают».
Уилсон была известна в основном по работе в театре, прежде чем получить роль доктора Миранды Бейли в телесериале «Анатомия страсти». Хотя первоначально персонаж задумывался как высокая и белая блондинка, когда Уилсон пришла на пробы Шонде Раймс настолько понравилась актриса, что она решила полностью изменить персонажа. Шоу стало хитом, а Уилсон получила четыре номинации на премию «Эмми», а также выиграла Премию Гильдии киноактёров США за лучшую женскую роль в драматическом сериале и Премию Гильдии киноактёров США за лучший актёрский состав в драматическом сериале в 2007 году за свою роль. В 2008 году она выиграла премию «Выбор народа». Уилсон сыграла свою первую главную роль в 2008 году в телефильме «Случайная дружба», которая принесла ей номинацию на Премию «Эмми» за лучшую женскую роль в мини-сериале или фильме.
Актриса в браке около двадцати лет, у неё трое детей, дочери Селена (1992), Джой (1998) и сын Майкл, родившийся 31 октября 2005 года.