Wallace se fue a Hollywood aunque no para ser guionista sino letrista de canciones, pero comenzó a escribir algunos guiones que gustaron al productor televisivo Stephen J. Cannell, para quien trabajó desde finales de la década de 1980 hasta principios de los años 1990.

El éxito le llegaría con el guion de Braveheart (1995), inspirado en un viaje que hizo por Escocia para conocer sus raíces. Allí descubrió la legendaria figura del patriota escocés William Wallace. El guion despertó el interés de Mel Gibson y se convirtió en uno de los grandes éxitos de 1995, ganando el Óscar a mejor película y mejor director, recibiendo aplausos de crítica y público.

Wallace hizo su debut como director con El hombre de la máscara de hierro (1998), con un reparto estelar: Leonardo DiCaprio, John Malkovich, Gabriel Byrne, Jeremy Irons y Gérard Depardieu. Poco después escribió el guion para Pearl Harbor (2001), dirigida por Michael Bay y protagonizada por Ben Affleck, Josh Hartnett y Kate Beckinsale.

Al año siguiente dirigió su segunda película como director y segunda colaboración con Mel Gibson, el filme bélico Cuando éramos soldados (2002). Wallace se entrenó con rangers del ejército estadounidense para comprender la motivación de sus personajes.

En 2010, Wallace dirigió la producción Disney Secretariat, sobre el caballo que ganó la Triple Corona (hípica) en 1973, remarcando el coraje de su propietaria Penny Chenery-Tweedy, encarnada por la actriz Diane Lane. También escribió la canción de los títulos de crédito, It’s Who You Are.

Hubo rumores de que Wallace estaba preparando una película sobre Vikingos con Mel Gibson, rodada con subtítulos al estilo de Apocalypto.

Wallace dirigió Heaven Is for Real en 2014.