A vingt ans, Dennis Quaid abandonne ses études d'arts dramatiques à l'Université de Houston pour suivre son frère Randy Quaid à Los Angeles et passer des auditions. Il obtient alors quelques petits rôles, notamment dans Crazy Mama (1975) de Jonathan Demme et Jamais je ne t'ai promis un jardin de roses (1977). Mais c'est en 1979, avec La Bande des quatre de Peter Yates, qu'il effectue ses véritables débuts à l'écran. Il doit toutefois attendre 1983 pour apparaître en tête d'affiche de grosses productions comme Les Dents de la Mer 3 et L'Etoffe des héros, où sa prestation d'astronaute pionnier fougueux remporte les faveurs du public.Son sourire charmeur, son imposante stature et son côté "chien fou" le prédisposent à des rôles de détective séducteur (Le Flic de mon coeur), de pianiste rocker déjanté (Jerry Lee Lewis dans Great balls of fire !) et de pilote tête brulée (L'Aventure intérieure). C'est sur le tournage de ce dernier film qu'il fait la connaissance de Meg Ryan, à qui il restera marié durant dix ans et à qui il donnera la réplique dans le thriller Mort à l'arrivée en 1988 et le drame Flesh and bone en 1993. Toutefois, au début des années 90, des problèmes de drogue l'empêchent de mener correctement sa carrière. Passant du western (Wyatt Earp) au film fantastique moyenâgeux (Coeur de dragon), il ne parvient pas à renouer avec le succès.Les années 2000 s'avèrent toutefois plus réjouissantes pour l'acteur qui a mûri et préfère incarner "la force tranquille". Joueur de football américain au crépuscule de sa carrière dans L'Enfer du dimanche (2000) ou recrue vieillissante d'une équipe de base-ball dans Rêve de champion (2002), il excelle également dans les rôles de père de famille, communiquant avec son fils dans l'au-delà pour Fréquence interdite (2000), éprouvant une attirance pour les hommes dans Loin du paradis (2003) ou se laissant dépassé par les événements professionnels et familiaux dans En bonne compagnie (2005). Retrouvant la confiance des studios, il s'illustre dans quelques projets d'envergure (Alamo, Le Vol du Phoenix), dont le plus ambitieux et le plus efficace reste Le Jour d'après (2004) de Roland Emmerich.