Ralph Fiennes, dont le père est photographe et la mère romancière, suit d'abord un cursus artistique au London Chelsea College of Art and Design. Puis en 1982, il débute des études d'art dramatique à la Royal Academy of Dramatic Art de Londres. Il enchaîne les rôles du répertoire classique et contemporain, rejoint le Royal National Theatre, puis intègre la Royal Shakespeare Company en 1989. Le comédien obtient un rôle important dans une série télévisée britannique.
Ralph Fiennes est remarqué au cinéma dans une production américaine des Hauts de Hurlevent (Peter Kosminsky, 1991), dans lequel il est un convaincant Heathcliff. Son regard clair et pénétrant, son charme distingué et subtil séduisent Steven Spielberg, qui lui confie le rôle du commandant Amon Goeth dans La liste de Schindler (1993). Sa capacité à traduire le sadisme de ce chef SS est unanimement saluée par la critique internationale.
Il devient une star avec un rôle beaucoup plus sympathique dans Quiz Show (Robert Redford, 1994), film qui remporte un grand succès public aux États-Unis, puis atteint la consécration avec le rôle-titre de l'aviateur blessé dans Le Patient anglais (Anthony Minghella, 1995).
A l'aise dans le romantisme, il ne refuse pas les rôles excentriques, comme en témoigne sa prestation dans Oscar et Lucinda (Gillian Armstrong, 1997), où il interprète un pasteur obsédé par le jeu. Après une adaptation de Chapeau melon et bottes de cuir (Jeremiah Chechik, 1997), il se tourne vers des productions européennes. Il incarne un aristocrate russe dans Onegin (1999), réalisé par sa soeur Martha Fiennes, et tient trois rôles dans la saga d'une famille de juifs hongrois, Sunshine d'Istvan Stzabo (1999), ce qui le consacre comme un acteur complet et exigeant.
Ralph Fiennes crève à nouveau l'écran au début des années 2000 : il est un homme sortant de l'asile dans Spider (David Cronenberd, 2001), et le tueur en série Dolarhyde de Dragon rouge (Brett Ratner, 2002). L'acteur multiplie les projets : en 2004 il est sur cinq tournages, dont Chromophobia (Martha Fiennes) où il campe un historien d'art, homosexuel branché, et dans un autre registre Harry Potter et la Coupe de feu (Mike Newell) où il interprète Voldemort, rôle qu'il reprendra dans toute la saga, en 2006, 2009 et 2011.
En 2007 il est le duc de Devonshire, le détestable époux de Keira Knightley dans le film en costumes The Duchess (Saul Dibb). Changement de ton dans le désormais culte Bons baisers de Bruges (Martin McDonagh, 2007), comédie noire narrant les aventures de deux tueurs à gages malmenés par les ordres de leur chef Harry interprété par Fiennes. En 2008, l'acteur endosse le rôle dramatique de Michael Berg dans The Reader (Stephen Daldry), où il donne la réplique à Kate Winslet.
Ralph Fiennes mène parallèlement une carrière théâtrale de premier plan sur la scène londonienne. Il joue notamment Hamlet en 1993, rôle qui lui vaudra un Tony Award.
Il est un ambassadeur actif de l'UNICEF.