Harvey Keitel s'engage dans les Marines à l'âge de dix-sept ans, après trois ans passés au Liban il rentre au pays et s'inscrit en 1965 aux cours d'art dramatique de l'Actor's Studio. Il fait ses débuts sur les planches dans de petits cafés-théâtres new-yorkais.
Harvey Keitel tourne son premier film en 1968 sous la direction de Martin Scorsese, Who's that knocking on my door ? Originaires du même quartier de New York, les deux hommes multiplient par la suite leurs collaborations. Les personnages interprétés par Keitel à ses débuts sont violents, malhonnêtes ou marginaux. Toujours pour Scorsese, il apparaît au côté de Robert De Niro dans Mean streets (1973) et dans Taxi driver (1975). Si ces personnages enfreignent la loi, ils ne sont pas pour autant dénués de morale : le voyou de Mean streets, poursuivi par sa conscience, se rend dans les églises pour méditer sur ses obsessions charnelles.
En 1977, Ridley Scott le dirige dans Duellists, un film en costumes sur la terrible rivalité de deux officiers de l'armée napoléonienne. Harvey Keitel effectue sa traversée du désert au cours des années 1980 où il tourne peu aux Etats-Unis. Sa réputation d'acteur caractériel sur les tournages l'isole ; il plonge dans la cocaïne et la boisson. Par goût, il travaille en Europe, surtout en Italie. On a pu le voir dans La mort en direct (Bertrand Tavernier, 1979) ou La Nuit de Varennes (Ettore Scola, 1981). Martin Scorsese lui donne à nouveau sa chance en 1988 : Keitel prend le rôle de Judas dans le très controversé La dernière tentation du Christ.
Les majors d'Hollywood se tournent alors vers lui. On le voit dans Thelma et Louise (Ridley Scott, 1990) ou dans Bugsy (Barry Levinson, 1991). Il s'essaie également à la comédie au côté de Whoopi Goldberg dans le très populaire Sister act (Emile Ardolino, 1991). La carrière d'Harvey Keitel connaît ensuite son apogée, choisissant des rôles difficiles. A deux reprises, il incarne un " dur de dur " sous la direction de Quentin Tarantino (Reservoir dogs, 1991 ; Pulp fiction, 1993). Il peut aussi se permettre de travailler sur des films d'auteur, et pas uniquement sur les grosses productions. Attiré par les metteurs en scène marginaux, il tourne en 1992 Bad lieutenant et Snake eyes sous la direction d'Abel Ferrara.
Dans un tout autre registre, il est au côté de Holly Hunter dans la célébrissime Leçon de piano de Jane Campion (1992). Il prête son talent au cinéma d'auteur avec Le regard d'Ulysse (Theo Angelopoulos, 1994) ainsi que dans le cycle new-yorkais de Paul Auster et Wayne Wang, Brooklyn boogie et Smoke (1995). Les rôles d'Harvey Keitel, qui se sont étoffés au cours des ans, imposent un personnage viril, souvent dur, dont la sensibilité est enfouie dans le passé.
Pendant les années 2000 l'acteur effectue toujours l'alternance des registres entre les grosses productions hollywoodiennes comme Dragon rouge (Brett Ratner, 2002) ou la saga des Benjamin Gates (Jon Turteltaub, 2003 et 2007) et les films plus confidentiels comme Taking sides - Le Cas Furtwangler (Istvan Szabo, 2001) où Keitel interprète un gradé américain chargé d'étudier en 1946 le dossier d'un chef d'orchestre allemand soupçonné de collaboration avec le régime nazi.
Courts métrages 2003 | Beyond the Skyline | Justin Francis, Adam Toht |
| 2003 | Chasing the Elephant | Trevor P. Jenkins |
| 2003 | Who Killed the Idea ? | Hermann Vaske |
Longs métrages| 1991 | Reservoir Dogs | Quentin Tarantino |
| 1995 | Blue in the Face Brooklyn boogie | Paul Auster, Wayne Wang |
| 1998 | Three Seasons Trois saisons | Tony Bui |
| 2001 | Grey Zone (The) | Tim Blake Nelson |
| 1966 | Reflections in a Golden Eye Reflets dans un oeil d'or | John Huston |
| 1968 | Who's That Knocking at My Door ? | Martin Scorsese |
| 1970 | Street Scenes | Martin Scorsese |
| 1973 | Mean Streets | Martin Scorsese |
| 1974 | Alice Doesn't Live Here Anymore Alice n'est plus ici | Martin Scorsese |
| 1975 | Buffalo Bill and the Indians or Sitting Bull's History Lesson Buffalo Bill et les Indiens | Robert Altman |
| 1975 | Mother, Jugs and Speed | Peter Yates |
| 1975 | Taxi Driver | Martin Scorsese |
| 1975 | That's the Way of the World = Shining Star | Sig Shore |
| 1975 | Welcome to L.A. Bienvenue à Los Angeles | Alan Rudolph |
| 1976 | Duellists (The) Duellistes | Ridley Scott |
| 1977 | Blue Collar | Paul Schrader |
| 1977 | Fingers Mélodie pour un tueur | James Toback |
| 1978 | Eagle's Wing (The) | Anthony Harvey |
| 1979 | Bad Timing Enquête sur une passion | Nicolas Roeg |
| 1979 | Mort en direct (La) | Bertrand Tavernier |
| 1979 | Saturn 3 | Stanley Donen |
| 1980 | Exposed Surexposé | James Toback |
| 1981 | Border (The) Police frontière | Tony Richardson |
| 1981 | Mondo nuovo (Il) La Nuit de Varennes | Ettore Scola |
| 1982 | Copkiller - L'Assassino dei poliziotti A couteau tiré | Roberto Faenza |
| 1982 | Une pierre dans la bouche | Jean-Louis Leconte |
| 1983 | Nemo | Arnaud Sélignac |
| 1984 | Falling in Love | Ulu Grosbard |
| 1985 | Caballero del dragon (El) | Fernando Colomo |
| 1985 | Off Beat Le Flic était presque parfait | Michael Dinner |
| 1985 | Un complicato intrigo di donne, vicoli e delitti Camorra | Lina Wertmüller |
| 1985 | Wise Guys | Brian De Palma |
| 1986 | Blindside | Paul Lynch |
| 1986 | Inchiesta (L') | Damiano Damiani |
| 1986 | Men's Club (The) | Peter Medak |
| 1986 | Pick-up Artist (The) | James Toback |
| 1986 | Sposa americana (La) | Giovanni Soldati |
| 1987 | Dear America : Letters Home from Vietnam Dear America : Lettres du Vietman | Bill Couturié |
| 1988 | Caro Gorbaciov | Carlo Lizzani |
| 1988 | January Man (The) Calendrier meurtrier | Pat O'Connor |
| 1988 | Last Temptation of Christ (The) La Dernière tentation du Christ | Martin Scorsese |
| 1989 | Due occhi diabolici Deux yeux maléfiques | George A. Romero, Dario Argento |
| 1989 | Two Jakes (The) | Jack Nicholson |
| 1990 | Thelma and Louise Thelma et Louise | Ridley Scott |
| 1990 | Tubûl al-nâr | Souheil Ben Barka |
| 1991 | Bad Lieutenant | Abel Ferrara |
| 1991 | Bugsy | Barry Levinson |
| 1991 | Mortal Thoughts Pensées mortelles | Alan Rudolph |
| 1991 | Reservoir Dogs | Quentin Tarantino |
| 1991 | Sister Act | Emile Ardolino |
| 1992 | Blast 'Em | Joseph Blasioli, Egidio Coccimiglio |
| 1992 | Dangerous Game Snake eyes | Abel Ferrara |
| 1992 | Piano (The) La Leçon de piano | Jane Campion |
| 1992 | Point of No Return Nom de code : Nina | John Badham |
| 1992 | Rising Sun Soleil levant | Philip Kaufman |
| 1993 | Cavaliers de la gloire (Les) | Souheil Ben Barka |
| 1993 | Monkey Trouble Mon ami Dodger | Franco Amurri |
| 1993 | Pulp Fiction | Quentin Tarantino |
| 1993 | Young Americans (The) | Danny Cannon |
| 1994 | Clockers | Spike Lee |
| 1994 | Imaginary Crimes | Anthony Drazan |
| 1994 | Regard d'Ulysse (Le) | Theo Angelopoulos |
| 1994 | Smoke | Wayne Wang |
| 1994 | Somebody to Love | Alexandre Rockwell |
| 1995 | Blue in the Face Brooklyn boogie | Paul Auster, Wayne Wang |
| 1995 | From Dusk Till Dawn Une nuit en enfer | Robert Rodriguez |
| 1995 | Get Shorty Stars et truands | Barry Sonnenfeld |
| 1996 | City of Crime | John Irvin |
| 1996 | Cop Land Copland | James Mangold |
| 1996 | Fairy Tale a True Story Le Mystère des fées, une histoire vraie | Charles Sturridge |
| 1996 | Full Tilt Boogie | Sarah Kelly |
| 1996 | Head Above Water | Jim Wilson |
| 1997 | Lulu on the Bridge | Paul Auster |
| 1998 | Finding Graceland Road to Graceland | David Winkler |
| 1998 | Holy Smoke | Jane Campion |
| 1998 | Mio West (Il) | Giovanni Veronesi |
| 1998 | Shadrach | Susanna Styron |
| 1998 | Three Seasons Trois saisons | Tony Bui |
| 1999 | Little Nicky | Steven Brill |
| 1999 | Presence of Mind | Antonio Aloy |
| 1999 | U-571 | Jonathan Mostow |
| 2000 | Prince of Central Park | John Leekley |
| 2000 | Vipera | Sergio Citti |
| 2001 | Ginostra | Manuel Pradal |
| 2001 | Grey Zone (The) | Tim Blake Nelson |
| 2001 | Nailed | Joel Silverman |
| 2001 | Nowhere | Luis Sepúlveda |
| 2001 | Taking sides - Le Cas Furtwängler | István Szabó |
| 2002 | Beeper | Jack Sholder |
| 2002 | Crime Spree Wanted | Brad Mirman |
| 2002 | Misterio Galindez (El) | Gerardo Herrero |
| 2002 | Red Dragon Dragon rouge | Brett Ratner |
| 2003 | Dreaming of Julia | Juan Gerard |
| 2003 | National Treasure Benjamin Gates et le trésor des templiers | Jon Turteltaub |
| 2003 | Puente de San Luis Rey (El) Le Pont du roi Saint-Louis | Mary McGuckian |
| 2004 | Be Cool | F. Gary Gray |
| 2004 | Puerto Vallarta squeeze | Arthur Allan Seidelman |
| 2005 | One last dance | Max Makowski |
| 2005 | Outsider (The) | Nicholas Jarecki |
| 2005 | Un crime | Manuel Pradal |
| 2006 | Mercante di pietre (Il) | Renzo Martinelli |
| 2006 | Shadow Dancer (The) | Brad Mirman |
| 2007 | My Sexiest Year | Howard Himelstein |
| 2007 | National Treasure : Book of Secrets Benjamin Gates et le livre des secrets | Jon Turteltaub |
| 2009 | A Beginner's Guide to Endings | Jonathan Sobol |
| 2009 | Little Fockers Mon beau-père et nous | Paul Weitz |
| 2009 | Ministers (The) | Franc Reyes |
| 2009 | Wrong Turn at Tahoe Engrenage mortel | Franck Khalfoun |
| 2011 | Moonrise Kingdom | Wes Anderson |
| 2012 | Kennes Ha'atidanim Le Congrès | Ari Folman |
| 2013 | Grand Budapest Hotel (The) | Wes Anderson |
| 2013 | Voie de l'ennemi (La) | Rachid Bouchareb |
| 2014 | Dietro gli occhiali bianchi | Valerio Ruiz |
| 2014 | Youth - La Giovinezza Youth | Paolo Sorrentino |
| 2016 | Madame | Amanda Sthers |
| 2017 | Irishman (The) | Martin Scorsese |
| 2017 | Isle of Dogs L'Ile aux chiens | Wes Anderson |
| 2018 | Fatima | Marco Pontecorvo |