Ed Harris est né à Tenafly le 28 novembre 1950. En 1973, il s'inscrit au California Institute of the Arts, dont il sort licencié 2 ans plus tard. Il débute au théâtre avant de faire ses premiers pas au cinéma en 1978 dans Morts Suspectes de Michael Crichton.
Il a été nominé à l'Oscar du meilleur acteur pour son interprétation de Jackson Pollock et à celui du meilleur second rôle pour The Hours de Stephen Daldry, Apollo 13 de Ron Howard et The Truman Show de Peter Weir. Ce dernier film lui a valu un Golden Globe, et Apollo 13 le Screen Actors Guild Award du meilleur second rôle et une citation au Golden Globe.
On a pu le voir dans Un homme d'exception, drame oscarisé de Ron Howard dans lequel il a déjà Jennifer Connelly pour partenaire, et dans Buffalo Soldiers de Gregor Jordan. Il joue avec Jude Law dans Stalingrad de Jean-Jacques Annaud, et dans Prime Gig, film indépendant de Greg Mosher.
Il est l'interprète de The third miracle d'Agnieszka Holland, avec Anne Heche, et de Ma meilleure ennemie de Chris Columbus. Il remporte pour ce dernier, ainsi que pour son interprétation dans The Truman Show, le Prix du National Board of Review 1998 du meilleur second rôle.
Il s'impose a travers des films comme le thriller politique Les pleins pouvoirs de et avec Clint Eastwood, avec Gene Hackman, ou Rock de Michael Bay, où il est le général Hummel face à Sean Connery et Nicolas Cage.
Avec sa femme, Amy Madigan, il coproduit et joue dans le téléfilm Riders of the purple sage d'après l'œuvre de Zane Grey. Il est nommé au Screen Actors Guild Award du meilleur acteur, et, en tant qu'acteurs et producteurs, lui et sa femme se voient remettre le prestigieux Western Heritage Wrangler Award du meilleur téléfilm.
En 2008, il est à l'affiche de la suite des aventures de Benjamin Gates, intitulée Benjamin Gates et le livre des secrets ainsi que Cleaner, un thriller mené par Samuel L. Jackson et Eva Mendès.
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