Noah Taylor et sa famille s'installent en Australie en 1974, après avoir vécu un temps en Angleterre, puis en Nouvelle-Zélande.
Après des études à Melbourne (qu'il arrête à l'âge de seize ans), il se consacre à la comédie. Il fait ses débuts en 1987 dans Australian Graffiti. Sa performance y est notée et récompensée, et en 1991 il est de retour dans la suite, Flirting, aux côtés de Nicole Kidman, Naomi Watts et Thandie Newton.
En 1996, sa carrière prend un essor international grâce à sa performance dans le film Shine.
On le retrouvera par la suite dans des films d'action (Lara Croft: Tomb Raider), des comédies (la vie aquatique, Charlie et la chocolaterie ), des thrillers (Vanilla sky, The new Daughter), mais surtout des biopics (Max, The Nostradamus Kid) et des films tirés de mémoires (Presque célèbre).
 
En dehors des plateaux, Noah Taylor se consacre à la peinture et à la musique (en plus de chanter, il joue de la viole, du piano, du cor français, et de la guitare).