Estudió Física en la Universidad de Columbia, pero decidió dedicarse a la interpretación. Su primera aparición en cine fue en Todo por un sueño (1995), de Gus Van Sant, que volvió a reclutarle para El indomable Will Hunting (1997) –donde estaba su hermano mayor Ben, que junto a Matt Damon ganó el Oscar por el guión del film–, y Gerry (2002), donde debutó como guionista. En su filmografía como actor destacan Ocean’s Eleven (2001), Adiós pequeña, adiós (2007), El asesinato de Jesse James por el cobarde Robert Ford (2007), por la que fue nominado al Oscar, y Manchester frente al mar (2016), por la que ganó la estatuilla. Debutó como realizador con I’m Still Here (2010), falso documental con Joaquin Phoenix.