Diplômé en art à l'Université de Denver, Don Cheadle passe de nombreuses auditions qui aboutiront en 1986 à une participation à la série télévisée Fame. Après une apparition dans Moving violations, sa carrière sur grand écran décolle en 1987 grâce à John Irvin, qui lui confie le rôle du soldat Washburn dans Hamburger Hill, puis à Dennis Hopper qui l'engage sur le tournage de Colors en 1988. Mais il doit attendre jusqu'en 1995 pour s'imposer comme un des meilleurs seconds rôles du cinéma américain.Il donne ainsi la réplique à Denzel Washington dans Le Diable en robe bleue, Tommy Lee Jones dans Volcano (1997), Mark Wahlberg dans Boogie nights (1998), Warren Beatty dans Bulworth (id.), Nicolas Cage dans Family man (2000), Gary Sinise dans Mission to Mars (id.), John Travolta dans Opération Espadon (2001) ou encore Sean Penn dans The Assassination of Richard Nixon (2004). Fidèle à Steven Soderbergh, Don Cheadle interprète sous sa direction un malfrat boxeur (Hors d'atteinte), un flic tenace (Traffic) ainsi qu'un braqueur cool dans Ocean's eleven (2002) et sa suite Ocean's 12 (2004). Il rejoint un autre casting prestigieux, dans Coup d'éclat avec Pierce Brosnan et Salma Hayek. L'année 2005 marque un tournant décisif dans sa carrière, puisque pour la première fois, il tient le premier rôle d'un grand film Hotel Rwanda , qui lui a valu plusieurs prix et nominations. Fort de ce succès, il passe à la réalisation, avec un projet ambitieux : l'adaptation d'un roman d'Elmore Leonard, Tishomingo blues où il se met en scène avec Matthew McConaughey.