Nato e cresciuto in Nord Carolina, dove si diploma alla Scuola di arti drammatiche, Schneider si trasferisce a Los Angeles per tentare la carriera d'attore; il suo debutto cinematografico avviene nel 2000 in George Washington. Predilige nettamente il cinema indipendente americano o i giovani autori affermati come Mendes e Crowe; nel 2003 interpreta il ruolo di protagonista, al fianco di un'altra icona indie come Zooey Deschanel, in All the real girls, a cui collabora anche come sceneggiatore.

Interprete e regista
Nel 2005 ha ruoli minori da caratterista in due commedie sentimentali: Elizabethtown di Cameron Crowe e La neve nel cuore. Nel 2007 interpreta due dei film più interessanti del panorama americano; l'eccentrica commedia Lars e una ragazza tutta sua e il malickiano L'assassinio di Jesse James per mano del codardo Robert Ford.
Nel 2008, con Pretty Bird, passa dietro la macchina da presa per il suo debutto registico: il film, di cui scrive anche la sceneggiatura, è una commedia divertente e grottesca, interpretata da Paul Giamatti.

Ruoli d'autore
Nel 2009 compare in Away we go di Sam Mendes; nello stesso anno è scelto da Jane Campion per il ruolo di Charles Brown, il sodale di John Keats in Bright Star, ruolo per il quale l'americano doc Schneider sfoggia un perfetto accento scozzese e ottiene il premio come miglior attore non protagonista dalla Società nazionale critici. Nel 2011 è nel cast del film, tratto dal romanzo di Sara Gruen, Come l'acqua per gli elefanti, diretto da Francis Lawrence.
Attualmente ha un ruolo fisso nella serie Hbo Parks and Recreation, ideata dagli stessi creatori del celebre The Office.