Nato in California, è il più giovane di sette fratelli. Verso la fine degli anni settanta si trasferisce a New York, dove studia recitazione con Stella Adler. Dopo alcune apparizioni in serie tv e soap opera, debutta nella commedia Promesse, promesse del 1983; nello stesso anno recita in Streamers di Robert Altman, che gli vale una Coppa Volpi alla Mostra del Cinema di Venezia, e poi interpreta il poetico protagonista di Birdy - Le ali della libertà di Alan Parker insieme a Nicolas Cage.

Nel 1985 recita in Crazy for you, con Linda Fiorentino, e nel 1987 viene scelto da Stanley Kubrick in Full Metal Jacket per interpretare il protagonista, il soldato Joker. Sempre nel 1987 esce Un ostaggio di riguardo, di Alan J. Pakula, in cui offre una grande interpretazione a fianco di Albert Finney. Seguono film come Fuga d'inverno con Mel Gibson e La partita di Carlo Vanzina.

Nel 1993 lavora nuovamente con Robert Altman in America oggi; nel 1996 recita nello sfortunato Corsari di Renny Harlin e l'anno successivo in Bionda naturale, con Daryl Hannah. Nel 2000 è nel cast di Ogni maledetta domenica con Al Pacino e Cameron Diaz. Per il regista Abel Ferrara recita in Mary e in Go Go Tales.

Nel 2016 interpreta il ruolo del Dr. Brenner nella prima stagione della serie Netflix Stranger Things. Il suo ritorno è previsto per la terza stagione, come da lui stesso confermato in un'intervista del maggio 2018, rilasciata durante il Riviera International Film Festival di Sestri Levante in Liguria.

Realizza come regista alcuni cortometraggi presentati al Sundance Film Festival e nel 1999 debutta come regista cinematografico nel lungometraggio Oltre il limite.