Se esistesse un premio per il personaggio cinematografico più trasandato, emaciato e paranoico, lui l'avrebbe senz'altro vinto da tempo. Steve Buscemi, cresciuto a Long Island, dopo un passato come pompiere durato quattro anni (dal 1980 all'84), si trasferisce nell'East Village per frequentare i corsi di recitazione del Lee Strasberg Institute.
È ancora fresco di studi quando nel 1986 viene scelto dal regista Bill Sherwood per interpretare Nick, cantante rock malato di Aids, nel film Parting Glances, uno dei primi lungometraggi sul tema della malattia (lo stesso Sherwood morirà di Aids nel 1990). È questa prova che gli permette di entrare nel regno del cinema indipendente, dove per anni vive a suo agio come caratterista diventando amico di registi indie come Jim Jarmusch e Alexander Rockwell, ma soprattutto dei fratelli Coen, per i quali a partire dal film Barton Fink interpreta sistematicamente personaggi eccentrici, minori ma sempre memorabili (un barista beatnik in Mr. Hula Hoop, Carl Showalter in Fargo, lo sfortunato Donny ne Il grande Lebowski; e recentemente il turista nell'episodio Tuileries del film collettivo Paris, je t'aime). Indimenticabile è poi il mr. Pink de Le Iene, per il quale ha ottenuto il premio della IFP Spirit Awards; ma ha lavorato ancora, spesso non accreditato, per l'amico Tarantino.
Nonostante l'impronta spiccatamente autoriale che contraddistingue la sua carriera (ha lavorato anche per Altman in Kansas City e per Burton in Big Fish), Buscemi è conosciuto anche tra il grande pubblico per le sue interpretazioni in pellicole commerciali come Con Air, Armageddon e The Island (questi ultimi diretti entrambi da Michael Bay).
Un personaggio significativo nel suo percorso attoriale è stato quello del Ghost World di Zwigoff, nel quale interpreta il timido e dimesso Seymour, un collezionista di dischi alle prese con le bizze di una ragazzina ribelle, cinica e stravagante. Un ruolo da protagonista, quello dell'aspirante regista Adolpho Rollo, glielo aveva offerto già Alexander Rockwell nella commedia in bianco e nero In the Soup (1992), ma è qualche anno più tardi che Buscemi diventa un regista in crisi nel film Si gira a Manhattan (1995) di Tom DiCillo (autore newyorkese col quale ha lavorato anche per Bionda naturale e Double Whammy). E l'attore deve averci preso gusto, visto che all'anno successivo risale il suo esordio dietro alla macchina da presa (senza considerare il corto del '92 What happened to Pete): Mosche da bar, commedia dolceamara e parzialmente autobiografica della quale è anche protagonista nel ruolo di Tommy, meccanico sfaccendato alle prese con la variegata umanità che gira attorno al Trees Lounge (il locale che dà il titolo al film, nella versione originale). Nel 2000 ha poi diretto Animal Factory, film carcerario tratto dal romanzo di Edward Bunker, scrittore/attore/criminale conosciuto qualche anno prima sul set de Le iene, mentre del 2005 è il dolce e malinconico Lonesome Jim, storia "di formazione" di un flemmatico e insicuro post-adolescente (Casey Affleck), tornato da New York nel nido familiare dell'Indiana.
Grazie al suo timbro così particolare, Buscemi ha anche prestato la voce a personaggi del mondo animato (Final Fantasy: the Spirits within, Monsters & Co. , Mucche alla riscossa, Monster House, Khumba), oltre che al profondo jazz della Broadway Song di Lou Reed, nell'album del 2003 The Raven, ispirato a Edgar Allan Poe.
Nel 2004 Buscemi ha fatto il suo ingresso nel mondo della televisione, entrando a far parte del cast della serie televisiva I Soprano nel ruolo di Tony Blundetto, cugino e amico d'infanzia di Tony Soprano, ma già precedentemente aveva diretto alcuni episodi della serie, tra cui quello della terza stagione Pine Barrens, spesso votato dai fans come il migliore della serie. Ha inoltre diretto alcuni episodi delle serie tv Homicide: life on the street e Oz.
L'artista ha dimostrato il suo impegno anche fuori dai set e dai riflettori in occasione della tragedia americana che ha sconvolto il mondo. All'indomani dell'11 settembre Buscemi ha infatti prestato servizio volontario dodici ore al giorno per una settimana, lavorando anonimamente, come un qualunque altro pompiere, alla ricerca di sopravvissuti tra le macerie di Ground Zero. Torna dietro la macchina da presa nel 2007 con Interview, remake del film del regista olandese assassinato Theo Van Gogh che racconta l'intervista a una star delle soap opera (Sienna Miller) da parte di un giornalista disilluso e autodistruttivo.
Negli ultimi anni partecipa a diversi film e cartoni animati (come doppiatore), ma è con la serie televisiva ambientata ai tempi del Proibizionismo, Boardwalk Empire, che conquista il grande pubblico nei panni dello spietato Nucky Thompson.
