Né à Brooklyn, New York, Steve Buscemi grandit à Long Island. Il étudie au Lee Strasberg Institute sous la tutelle de John Strasberg. Il crée avec un ami acteur et écrivain, Mark Boone Jr., des pièces originales pour des clubs du Lower East Side de Manhattan, ce qui le conduit à travailler dans des productions off-Broadway, notamment pour La MaMa, ETC, et Performing Garage. A la suite de ces différents spectacles, il est choisi pour tenir l'un des premiers rôles de CLIN D'ŒIL SUR UN ADIEU de Bill Sherwood. On le retrouve ensuite dans un des segments de NEW YORK STORIES réalisé par Martin Scorsese, MYSTERY TRAIN de Jim Jarmusch, KING OF NEW YORK d'Abel Ferrara, IN THE SOUP d'Alexandre Rockwell, ARMAGEDDON de Michael Bay et LES AILES DE L'ENFER de Simon West.
Parmi ses autres films figurent DOMESTIC DISTURBANCE de Harold Becker, LOS ANGELES 2013 de John Carpenter, DERNIÈRES HEURES À DENVER de Gary Fleder, DESPERADO de Robert Rodriguez, ÇA TOURNE A MANHATTAN de Tom DiCillo, RESERVOIR DOGS et PULP FICTION de Quentin Tarantino. On a pu le voir également dans LES IMPOSTEURS de Stanley Tucci, LES ARNAQUEURS de Stephen Frears, SOLEIL LEVANT de Philip Kaufman, KANSAS CITY de Robert Altman, TWENTY BUCKS de Keva Rosenfeld, SOMEBODY TO LOVE et BIG DADDY de Dennis Dugan et DEMAIN ON SE MARIE de Frank Coraci. Il a été l'interprète de 28 JOURS EN SURSIS de Betty Thomas, DOUBLE WHAMMY de Tom DiCillo, GHOST WORLD de Terry Zwigoff avec Thora Birch et Scarlett Johansson, LES AVENTURES DE MISTER DEEDS de Steven Brill, avec Adam Sandler et Winona Ryder, THE GREY ZONE de Tim Blake Nelson et LOVE IN THE TIME OF MONEY de Peter Mattei. Il a ensuite tourné 13 MOONS d'Alexandre Rockwell, DEADROCKSTAR de Mark Boone Jr., THE LARAMIE PROJECT de Moises Kaufman, SPY KIDS 2 et MISSION 3-D, SPY KIDS 3 de Robert Rodriguez, COFFEE AND CIGARETTES de Jim Jarmusch, BIG FISH de Tim Burton, THE ISLAND de Michael Bay, ART SCHOOL CONFIDENTIAL de Terry Zwigoff, ROMANCE & CIGARETTES de John Turturro. Il était à l'affiche du film réalisé par les frères Coen dans le cadre de PARIS, JE T'AIME. C'était leur sixième collaboration après THE BIG LEBOWSKI, FARGO, LE GRAND SAUT, BARTON FINK et MILLER'S CROSSING. On le retrouve dans DELIRIOUS de Tom DiCillo, I THINK I LOVE MY WIFE de Chris Rock et dans I NOW PRONOUNCE YOU CHUCK AND LARRY de Dennis Dugan.
Steve Buscemi est aussi un réalisateur accompli. Sa première réalisation, un court métrage, WHAT HAPPEND TO PETE en 1992, sera suivie par un premier long en 1996, HAPPY HOUR qui raconte les déboires d'un pilier de bar qu'il interprète. Il y avait pour partenaires Chloë Sevigny, Samuel L. Jackson et Anthony LaPaglia. Le film a été présenté lors de la Quinzaine des réalisateurs au Festival de Cannes 1996. En 2000, son deuxième long métrage, ANIMAL FACTORY, d'après le livre d'Edward Bunker, dépeint l'intégration en milieu carcéral d'un petit voyou. Le film est interprété par Willem Dafoe, Edward Furlong et Mickey Rourke. Il a réalisé LONESOME JIM, avec Liv Tyler et Casey Affleck, qui raconte le retour dans sa ville natale d'un jeune homme qui cherche un sens à sa vie. Steve Buscemi a par la suite réalisé cinq épisodes de la série « Les Soprano » et est devenu un personnage régulier dans la cinquième saison de la série. Il a également réalisé deux épisodes de la série « Oz », et un épisode de la série « Homicide ».
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