Stephen Dorff commence sa carrière à l'âge de quatorze ans dans un petit film d'horreur The Gate. Il joue ensuite dans diverses séries télévisées américaines comme Roseanne ou Mariés, deux enfants.
Au début des années 90, il commence à percer en tant que jeune premier du cinéma Hollywoodien. En 1994, il joue le rôle de Stuart Sutcliffe, le « cinquième Beatles » dans le film Backbeat.
En 1997, il interprète l'un des premiers rôles du film Blood and Wine face à Jack Nicholson et Jennifer Lopez. Son rôle le plus connu reste probablement celui du "mauvais vampire" face à Wesley Snipes dans
Blade en 1998.
Sa carrière s'essouffle quelque peu au début des années 2000, il tourne quelques DTV (Direct To Video), et en 2008 il joue le rôle titre dans la série télévisée franco-canadienne XIII. En 2010, Sofia Coppola le choisit comme rôle principal de Somewhere.