Issu d'un milieu aisé (son père était ethnologue et sa mère institutrice), Max von Sydow est très vite attiré par le théâtre. Après avoir suivi les cours de l'école d'art dramatique de Stockholm et donné quelques représentations de grands classiques, il fait sa première apparition au cinéma à 20 ans dans Rien qu'une mère, un drame d'Alf Sjoberg. En 1955, il fait la connaissance d'Ingmar Bergman, alors directeur du théâtre de Malmö. De cette rencontre naîtra une collaboration riche et fructueuse. Les deux hommes tourneront en effet 11 films ensemble entre 1957 et 1970, dont : Le Septieme Sceau (prix spécial du jury à Cannes en 1957), Les Fraises sauvages (Ours d'or à Berlin en 1958), Au seuil de la vie (palme du meilleur réalisateur à Cannes en 1958), ou encore La Source et A travers le miroir, tout deux Oscars du meilleur film étranger en 1961 et 1962. Internationalement reconnu, Max von Sydow débute une carrière à Hollywood, d'abord en 1965 en jouant Jésus dans la fresque historique de George Stevens: La Plus grande histoire jamais contée, puis en 1970 en interprétant un agent Russe dans La Lettre du Kremlin (John Huston). Mais surtout, il décroche en 1973, grâce notamment à son physique si particulier, le rôle du Prêtre Lankester Merrin dans le terrifiant L'Exorciste de William Friedkin. Toutefois, loin de dénigrer l'Europe, il tourne également avec des réalisateurs italiens confirmés comme Francesco Rosi (Cadavres exquis-1976) ou Valerio Zurlini (Le Désert des Tartares-1976).Depuis le début des années 80, von Sydow est régulièrement cantonné dans le rôle du méchant de service dans de nombreuses superproductions américaines, plus ou moins réussies, telles que Flash Gordon (Mike Hodges-1980), Conan le barbare (John Milius-1982), Jamais plus jamais (au côté de Sean Connery), Dune (David Lynch-1984), ou plus récemment Le Bazar de l'épouvante (Fraser C. Heston-1993). Après une myriade de téléfilms, il se retrouve à 73 ans au côté de Tom Cruise à l'affiche de Minority report de Steven Spielberg. Deux ans plus tard, il est le premier comédien invité au Festival de Cannes pour donner sa Leçon d'aceur.
