Né en Angleterre, à Sunderland, Callum Keith Rennie a passé sa jeunesse dans l’Alberta et a découvert le théâtre à Edmonton à 25 ans. Après être passé par une radio universitaire et avoir joué au Shaw Festival, il s’est installé à Vancouver où il a véritablement entamé sa carrière d’acteur.
Il a tenu son premier rôle au cinéma dans Double Happiness de Mina Shum, pour lequel il a été nommé au Genie Award du meilleur second rôle. Il a joué ensuite dans Curtis’s charm de John L’Ecuyer, Hard core logo de Bruce McDonald, Men with guns de Kari Skogland et Last night de Don McKeller, pour lequel il a reçu le Genie Award du meilleur second rôle.
Il a joué également dans Existenz de David Cronenberg, Memento de Christopher Nolan, Suspicious river de Lynne Stopkewich, Picture claire de Bruce McDonald. En 2003, il a joué dans Flower & Garnet de Keith Behrman et Falling angels de Scott Smith, avec Miranda Richardson. Ces deux films ont été présentés au Festival de Toronto. On l'a vu aussi dans Paycheck de John Woo. En 2004 et 2005, il a joué dans Wilby wonderful de Daniel MacIvor, et Blade : trinity de David S. Goyer, ainsi que dans L’effet papillon d’Eric Bress et J. Mackye Gruber.
Sa filmographie comprend aussi Snow cake de Marc Evans, avec Sigourney Weaver, Alan Rickman et Carrie-Anne Moss, Code name : the cleaner de Les Mayfield, avec Cedric The Entertainer, Lucy Liu et Nicollette Sheridan, Le chantage de Mike Barker, avec Pierce Brosnan, Invisible de David S. Goyer et Normal avec Carrie-Anne Moss et Kevin Zegers.
A la télévision, il est connu pour incarner le personnage de Leoben, un Cylon, dans "Battlestar Galactica". Il est aussi Lew Ashby dans "Californication". Il a joué dans des séries comme "Un tandem de choc", "My Life as a Dog", pour laquelle il a obtenu le Gemini Award du meilleur acteur, ou encore dans la minisérie "Stephen King présente Kingdom Hospital" réalisée par Craig R. Baxley. Il a joué également dans "Twitch City" et "Un tandem de choc" et dans la minisérie "Five People You Meet in Heaven". Il a tourné en Afrique du Sud "Whiskey Echo" de Harry Hooks, avec Ving Rhames et Freddie Prinze Jr. À la Nouvelle-Orléans, il a tourné "Shooting Gallery" de Keoni Waxman. Plus récemment, il a joué dans "Men in Trees", "The L Word", "Supernatural", "Smallville" et dans la minisérie "Tin Man", réalisée par Nick Willing.