Figlio di Ford Sorvino, originario di Napoli, e di Angela Renzi, originaria di Casacalenda, in provincia di Campobasso, Paul Sorvino studia all'American Musical and Dramatic Academy di New York come cantante lirico. Non riuscendo a concretizzare il suo sogno, poiché affetto da asma, si dedica alla recitazione, diplomandosi in arte drammatica. Nel 1964 debutta a Broadway nel musical Bajour e nel 1971 recita accanto ad Al Pacino nel film Panico a Needle Park, quindi torna a Broadway dove ottiene grande successo con That Championship Season.

Dagli anni settanta in poi è nel cast di moltissimi film, tra cui Quei bravi ragazzi (1990) di Martin Scorsese e Dick Tracy (1990) di Warren Beatty. Nella stagione 1991-1992 interpreta il sergente Phil Cerreta nella serie televisiva Law & Order - I due volti della giustizia, ruolo che gli dà visibilità internazionale. Nel 1993 interpreta il primo film tv dopo la morte di Raymond Burr nella serie Perry Mason, nei panni di un collega avvocato. Nel 1995 impersona Henry Kissinger nel film Gli intrighi del potere - Nixon di Oliver Stone, mentre negli anni a seguire lo vediamo ancora sullo schermo in altrettante produzioni cinematografiche.

Nel 2004 è premiato a Roma dalla Fondazione Tremaglia[1]. Nel corso della cerimonia duetta con il tenore Andrea Bocelli. Nel 2006 partecipa allo show televisivo Non facciamoci prendere dal panico di Gianni Morandi, su Rai 1. Tra le sue ultime interpretazioni, quella nella miniserie western Doc West (2009), dove fa coppia con Terence Hill. Nello stesso anno interpreta Beniamino nella serie televisiva L'onore e il rispetto, in onda su Canale 5. Nel 2008 gli è stato assegnato il premio "penisola sorrentina Arturo Esposito", nell'ambito dei Grandi Eventi della Regione Campania.