Milanese di nascita, Ernesto D'Argenio ha lasciato l'Italia per un'avventura oltre confine a soli 19 anni. Tornato in patria, approfondisce gli studi di recitazione a Roma con Beatrice Bracco, dando inizio alla sua carriera nel teatro.
Nel 2011 esordisce da protagonista nel cinema con l'opera prima di Daniele Maggioni,
Tutto bene, lo stesso anno, viene scelto da Elio Germano e Valerio Mastandrea, per unirsi al corso di recitazione della Scuola d'arte cinematografica Gian Maria Volonté.
Diplomatosi come attore nel 2013, entra nel cinema sotto la guida di Ettore Scola al Teatro 5 di Cinecittà a Roma, interpretando i ruoli di Mameli Barbara e Marcello Mastroianni nel suo ultimo film, presentato alla 70ª Mostra internazionale d'arte cinematografica di Venezia, Che strano chiamarsi Federico, come tributo a Federico Fellini.
Lo vediamo anche nel thriller di Roberto Andò Le confessioni, insieme ad un cast d'eccezione composto da Toni Servillo, Daniel Auteuil e Connie Nielsen.
Nel poliziesco per Rai2 Rocco Schiavone affianca Marco Giallini nel ruolo di Italo Pierron, continuando a dimostrare il suo talento in ruoli complessi e affascinanti.
Farà parte del cast della serie internazionale prodotta da Netflix Briganti, scritta dal collettivo GRAMS e con la regia di Steve Saint Leger (Vikings) e Nicola Sorcinelli.
Sarà anche nella commedia Ma chi ti conosce, diretta da Francesco Fanuele, prima al cinema e poi su Netflix, accanto a Simona Tabasco e Antonio Folletto.