Issu d'une famille d'acteurs, il abandonne ses études au lycée, pour se lancer dans la comédie. Il connaît son premier succès grâce à la série TV Welcome Back, Kotter (de 1975 à 1979). Son rôle de lycéen décontracté (Vinnie Barbarino), va le suivre jusqu'au début de sa carrière au cinéma dans des films tels Carrie au bal du diable (Brian De Palma, 1976), Grease (adapté de Broadway, 1978), et, dans une mesure plus sérieuse, La Fievre du samedi soir (1977), dans lequel il surfe sur la vague disco en interprétant le rôle du danseur/étudiant Tony Manero, qui lui vaudra une première nomination à l'oscar.La suite de sa carrière est chaotique et parsemée d'échecs retentissants contrastants singulièrement avec ses précédents succès : Blow out (Brian De Palma, 1981), dans lequel il est Jack, technicien du son détenant la preuve d'un meurtre, Staying Alive (1983), une vaine tentative de renouer avec le triomphe de La fièvre du Samedi Soir, ou Second Chance (1983), pour lequel il retrouve sa partenaire de Grease, Olivia Newton-John.Il effectue un semblant de comeback grâce à Allo maman ici bébé, succès surprise de l'année 1989, une comédie romantique pour laquelle il interprète le chauffeur de taxi au bon coeur James Ubriaco. Son vrai retour (la suite d'Allô Maman, ici bébé, Allo maman c'est encore moi en 1993 est un échec), il le fait dans le Pulp Fiction de Quentin Tarantino, où son rôle de gangster Vincent Vega lui permet d'obtenir une autre citation à l'oscar en 1994.Depuis, il a reprit plusieurs fois des rôles de méchants, notamment dans des films d'actions comme Volte-face(1997), et Broken Arrow (1996) de John Woo, ou Opération Espadon, en 2001. Il s'attaque également à la science fiction dans Terre, champ de bataille (2000), tout en ajoutant à son palmarès une dimension dramatique grâce à Phenomene (1996), ou Prejudice (1998). En 2001, il est à l'affiche du thriller L'Intrus, avant de partir à la recherche d'un ranger de l'armée américaine dans le drame Basic (2001), de John McTiernan. En 2003, il tourne pour la première fois dans l'adaptation d'un comic,The Punisher, dans lequel il incarne Howard Saint, un homme d'affaire véreux et sadique qui est l'ennemi juré du Punisher. Il sera prochainement à l'affiche de Piège de feu, où il donnera la réplique à Joaquin Phoenix.
