Ancien marine, Harvey Keitel débute sa carrière cinématographique en 1967 aux cotés d'Elizabeth Taylor et Marlon Brando dans le drame Reflets dans un oeil d'or signé John Huston. Mais c'est derrière la caméra de Martin Scorsese que l'acteur se révèle peu à peu, dans Who's that knocking at my door ? (1968), le documentaire Street scenes, enfin Mean Streets où il est entraîné dans les bas-fonds de Little Italy à la suite de Robert De Niro.En 1976, Harvey Keitel retrouve une nouvelle fois le cinéaste new-yorkais, Robert De Niro et les rues de la Grande Pomme dans Taxi Driver. Un an plus tard, il se trouve devant l'objectif d'un débutant nommé Ridley Scott pour Les Duellistes où il incarne un officier napoléonien, avant de retrouver Paul Schrader, scénariste de Taxi driver, dans Blue Collar (1978). Poussé hors des plateaux d'Apocalypse Now par un Francis Ford Coppola sur la corde raide en 1979, l'acteur ne tarde pas à rebondir.Hétéroclite et international, Harvey Keitel n'hésite pas à traverser l'Atlantique pour tourner en 1980 aux cotés de Romy Schneider, Harry Dean Stanton et Max von Sydow dans La Mort en direct de Bertrand Tavernier. En 1982, l'acteur joue sous la direction d'Ettore Scola pour La Nuit de Varennes, puis poursuit sa carrière européenne avec Une pierre dans la bouche de Jean-Louis Leconte (1983). Retour au cinéma américain en 1986, en collaboration avec l'un des plus européens des metteurs en scène américains, Brian De Palma, pour la comédie Mafia salad. 1988 voit Harvey Keitel retrouver la mise en scène de Martin Scorsese dans La Derniere Tentation du Christ où il incarne Judas. Farouchement indépendant, Harvey Keitel collabore avec Dario Argento et George A. Romero dans Deux Yeux malefiques (1990) et tourne sous la direction de Jack Nicholson dans Two Jakes (1990), puis retrouve un cinéma plus commercial pour Bugsy (qui lui vaut une nomination au Golden Globe et à l'Oscar) et Thelma et Louise en 1991, à nouveau sous la direction de Ridley Scott. En 1992, ses rôles marquants dans Bad Lieutenant d'Abel Ferrara et Reservoir Dogs de Quentin Tarantino, qu'il retrouve pour Pulp Fiction (1994) et Une nuit en enfer (1996), enfoncent le clou et viennent consacrer une carrière exceptionnelle. L'acteur alterne dès lors les productions indépendantes et les tournages à gros budget. Dans la première catégorie, citons La Leçon de piano (Palme d'or à Cannes en 1993), et Clockers de Spike Lee la même année, ou encore Holy Smoke en 1999, qui marque ses retrouvailles avec la réalisatrice de La Leçon de piano.Rayon grosses machines hollywoodiennes, Harvey Keitel apparaît en 1993 dans Nom de code : Nina, le remake de Nikita signé John Badham, puis dans Soleil levant (1993), Copland (1997), U-571 (2000) ou encore Benjamin Gates et le trésor des Templiers (2004). L'année 2002 illustre idéalement cette carrière duale et transnationale avec d'un côté le drame Taking sides, le cas Furtwängler, signé Istvan Szabo, et de l'autre un second rôle dans le blockbuster Dragon Rouge.
En 2005, le comédien retrouve son ami Robert De Niro dans le drame historique Le Pont du roi Saint-Louis et partage, l'année suivante, l'affiche du troublant thriller Un crime avec la française Emmanuelle Béart, . Les années qui suivent sont plutôt calmes (seconds rôles et films peu connus) pour Harvey Keitel, sa longue et fructueuse carrière semblant désormais derrière lui. Cela étant, il continue de s'afficher dans des projets originaux, dont Moonrise Kingdom (2012) de Wes Anderson, présenté en ouverture du 65ème festival de Cannes.