Steve Buscemi groeide op in Valley Stream in Long Island. Hij combineerde zijn eerste werk als acteur met een job als brandweerman. In het begin van zijn carrière was Buscemi te zien in toneelstukken in New York waar hij samenwerkte met Mark Boone Jr.
Zijn rol in de film Parting Glances waar hij de rol vertolkte van een muzikant met Aids werd positief onthaald maar het was als Mr. Pink in Reservoir Dogs van Quentin Tarantino dat Buscemi echt doorbrak, hij werd voor deze film zelfs bekroond met een Independent Spirit Award voor Beste acteur in een bijrol.

Buscemi toonde bij het begin van zijn carrière vooral interesse in de Independent Films en werkte hierbij samen met onder andere de Coen broers (Barton Fink en Miller's Crossing), Robert Rodriguez en Jim Jarmusch (Mystery Train). In 1996 maakte hij zijn langspeelfilm-regiedebuut met het semi-autobiografische Trees Lounge, een film die hij trouwens ook zelf schreef en waarin hij ook een rol in vertolkte. De film ging in 1996 trouwens in première op het Filmfestival van Cannes.

Vier jaar daarvoor al had Buscemi de kortfilm What Happened to Pete geregisseerd die werd vertoond op de Filmfestivals van Rotterdam en LoCarno. Voor Animal Factory met Willem Dafoe en Edward Furlong, gebaseerd op het boek van Edward Bunker die in première ging op het Sundance Filmfestival in 2000 stond hij opnieuw achter de camera, in 2005 trouwens ook nog met Lonesome Jim die opnieuw zijn première kreeg op het Sundance Filmfestival (2005). Voor zijn rol in Ghost World met Thora Birch en Scarlett Johansson werd Steve Buscemi genomineerd voor een Golden Globe en kreeg hij de Independent Spirit Award. Cameo-rolletjes waren voor Steve Buscemi weggelegd in onder andere Rising Sun, The Hudsucker Proxy en The Wedding Singer. Steve Buscemi schuwt ook het werk niet voor televisie. Voor zijn rol van Tony Blundetto in de vijfde jaargang van de serie The Sopranos werd hij genomineerd voor een Emmy Award, terwijl hij voor zijn regie van de episode Pine Barrens uit het vierde seizoen genomineerd werd voor een Emmy.

Steve Buscemi leende voor Monsters Inc., Final Fantasy en Home On the Range ook al zijn stem voor één van de personages. In mei 2003 was hij trouwens (als zichzelf) in een gastrolletje te zien in The Simpsons. Een nieuwe stem-opdracht volgde met Charlotte's Web waar hij de stem leverde voor Templeton, de rat.

Andere films met Steve Buscemi zijn onder andere Con Air, Fargo, Armageddon, Mr. Deeds, 28 Days en The Island van Michael Bay.
Buscemi's was ook te zien in Interview, een remake van de film van Theo Van Gogh die in Première ging op het befaamde Filmfestival van Sundance en die Buscemi ook zelf regisseerde.

Steve Buscemi was een tijd getrouwd met artiste/choreografe Jo Andres. Haar dood maakte een vroegtijdig einde aan hun huwelijk.