Inicia su carrera en 1961 con los Boise State Broncos, con los que fue All-American en sus dos primeros años,[2]​ pero en 1962 es transferido a los Oregon Ducks,[3]​ con quien jugó su hermano mayor John Wilcox en 1957 el Rose Bowl y fue seleccionado en el Draft de 1960 por los Phialdelphia Eagles.

[2]​ Tuvo como compañeros de equipo a Bob Berry y Mel Renfro,[4]​ en su último año jugaría el Hula Bowl y el College All-Star Game.

[7]​ En su carrera con los 49ers tuvo cuatro temporadas ganadoras (1965, 1970, 1971, 1972) con tres apariciones consecutivas en postemporada,[8]​ ganó el título de la División Oeste en 1970, y llegaron a la final de conferencia que perderían ante los Dallas Cowboys tras haber eliminado en la ronda anterior a los Minnesota Vikings.

[9]​[10]​ En 1971 se distinguieron por su buena defensa y ganaron el título divisional nuevamente, eliminado a los Washington Redskins en la ronda divisional,[11]​ pero volverían a perder el partido por el título de conferencia ante los Dallas Cowboys.

Wilcox solo se perdió un partido en toda su carrera profesional, y fue por una lesión, fue nombrado al mejor equipo defensivo de la liga en cuatro ocasiones y dos veces al mejor equipo de la NFC, además de siete apariciones en el Pro Bowl.