Vincent D'Onofrio a fait ses premières armes de comédien dans de petits films universitaires à New York, avant d'intégrer au début des années 80 les prestigieux cours d'art dramatique de l'Actors Studio et l'American Stanislavski Theatre. Cette expérience l'amène à se produire sur différentes scènes de Broadway et d'entamer sa carrière cinématographique dans le film comique The First turn-on !! en 1983.L'acteur se fait remarquer par son inquiétante performance dans le film de Stanley Kubrick, Full metal jacket, pour lequel il n'hésite pas à grossir d'une trentaine de kilos. Cette performance lui permet de travailler avec les plus grands réalisateurs : Oliver Stone (JFK), Spike Lee (Malcolm X), deux films historiques où il interprète le même personnage, Bill Newman.Son regard inquiétant l'amène très souvent à interpréter des rôles troubles, que ce soit dans des superproductions (Edgar le cafard extraterrestre dans MIB Men in Black en 1997), des comédies dramatiques (Feeling Minnesota avec Keanu Reeves et Cameron Diaz) ou des thrillers (The Cell en 2000, où il campe un tueur en série face à Jennifer Lopez). En 2002, il endosse le rôle d'un trafiquant de drogue déjanté pour les besoins du film noir Salton sea, avec Val Kilmer.
