Diplômé du Williams College, David Strahairn a joué au théâtre avant de se tourner vers le cinéma où, depuis plus de vingt ans, il campe des personnages complexes au caractère fort. Il a joué dans la plupart des films de John Sayles, son camarade de classe au Williams College.
Il a tenu son premier rôle à l'écran dans le premier film de Sayles, Return of the secaucus seven. Il a par la suite été l'interprète de Brother, Matewan, eight men out, City of hope, Passion fish et Limbo.
David Strathairn joue sous la direction d'autres grands réalisateurs comme Mike Nichols pour Le mystère silkwood, Michael Caton-Jones pour Memphis belle, Phil Alden Robinson pour Les experts, avec Robert Redford et Sidney Poitier, Tim Robbins pour Bob Roberts, Joan Micklin Silver pour Big girls don't cry, Sydney Pollack pour La firme, avec Tom Cruise.
On le retrouve ensuite dans La rivière sauvage de Curtis Hanson, avec Meryl Streep, L incomprise de Stephen Gyllenhaal, avec Debra Winger, La vie sous silence de Martha Coolidge, Week-end en famille de Jodie Foster, avec Holly Hunter, Dolores Clairbone de Taylor Hackford, avec Kathy Bates, Losing Isaiha de Stephen Gyllenhaal, avec Jessica Lange, Mother night de Keith Gordon, avec Nick Nolte et John Goodman, Le défi de Bob Swaim, L.A. Confidential de Curtis Hanson, Simon Birch de Mark Steven Johnson.
Il a également joué dans Une carte du monde de Scott Elliott, Harrisson's flowers d'Élie Chouraqui, Speakeasy de Brendan Murphy, Blue car de Karen Moncrieff, Instincts meurtriers de Philip Kaufman, Missing in America de Gabrielle Savage Dockterman. On le retrouver dans Heaven falls de Terry Green et The notorious Bettie page de Mary Harron.
Il a souvent joué à la télévision, notamment dans le premier film réalisé par Christopher Reeves, In The Gloaming, et dans The James Brady Story et The American Clock. Il a tenu un rôle régulier dans Les Soprano.
Côté théâtre, il s'est produit dans Les trois soeurs avec Billy Crudup et Marcia Gay Harden, Danse de mort avec Sir Ian McKellen et Helen Mirren, et Salomé avec Al Pacino.
En 2006, il est à l'affiche du film de et avec Goerge Clooney, Good night and good luck. Et en 2007 il est à l'affiche de La faille de Gregory Hoblit. On retrouve également l'acteur américain dans un rôle d'alcoolique désespéré dans My Blueberry Nights de Wong Kar-Wai, dans Les chroniques de Spiderwick et La Vengeance dans la peau, le dernier opus de la saga Bourne, avec Matt Damon.
Deux ans plus tard dans le film des frères Guard, l'angoissant Les intrus, interprété également par Suzanne Banks, Emily Browning et Arielle Kebbel. On le retrouve en 2009 dans Cold souls de Sophie Barthes aux côtés de Paul Giametti et Emily Watson.
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