Enfant unique, son père était pilote militaire et sa mère travailleuse sociale. C'est dans cette atmosphère qu'il découvre la musique et le chant grâce à ses parents. À 13 ans, il obtient son premier instrument, une guitare électrique, puis se tourne vers la batterie en autodidacte après avoir été impressionné par un concert de Gene Krupa, batteur de jazz.
En 1957, BJ Wilson rejoint le groupe The Pendeltons aux côtés d'Al Jardine et David Marks. Le trio a l'occasion de jouer avec les Beach Boys lorsque Carl Wilson se casse la main après un accident de voiture. En 1962, il intègre officiellement le groupe en remplacement de Dennis Wilson à la suite d'une altercation dans une boîte de nuit.
BJ Wilson a participé à la création de plusieurs titres emblématiques des Beach Boys, comme "I Get Around", "Fun, Fun, Fun" et "Help Me Rhonda". Ses contributions rythmiques sont également présentes sur l'album conceptuel "Pet Sounds" (1966) ainsi que sur la bande originale du film "Le Roi Lion" (1967).
En 1965, il épouse Marilyn Rovell et a deux enfants : Daria en 1967 et Shannon en 1968. Malheureusement, son mariage est marqué par des problèmes d'alcoolisme et la dépression qui aboutissent à une séparation en 1973. Après avoir pris du recul de la scène musicale, BJ Wilson se remarie avec Kathy Kozak en 1978 avant que ses problèmes de santé ne le contraintent à subir un rein transplantat en 1980.
Après avoir participé à plusieurs projets parallèles, notamment avec les groupes The Rhythm Kings et Three Tops, BJ Wilson quitte officiellement les Beach Boys en 1983. Il meurt le 8 février 2001 d'une crise cardiaque dans sa maison de La Jolla (Californie). En mémoire de son apport à la musique et à la culture populaire, il est intronisé au Rock and Roll Hall of Fame en 1988.